嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告綜述

1、目錄第一章設(shè)計(jì)任務(wù)說明2第二章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 32.1溫度傳感器的選型 32.2流量傳感器的選型 52.3步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)芯片的選型 8步進(jìn)電機(jī)選型8步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選型 92.4混水閥選型102.5 CPU 選型112.6系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖和設(shè)計(jì)原理 12第三章硬件設(shè)計(jì)143.1按鍵與顯示電路 143.2溫度與流量檢測(cè)電路 143.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制電路15第四章軟件設(shè)計(jì)164.1控制器外觀設(shè)計(jì)以及按鍵、顯示程序流程 164.2溫度檢測(cè)方法及程序流程174.3流量檢測(cè)方法及程序流程184.4步進(jìn)電機(jī)的控制算法及程序流程 194.5系統(tǒng)軟件流程214.6應(yīng)用子程序代碼22附錄：實(shí)驗(yàn)報(bào)告 .28

2、第一章設(shè)計(jì)任務(wù)說明有一浴池，需要實(shí)現(xiàn)水溫自動(dòng)控制和用水量自動(dòng)檢測(cè)， 要求水溫的給定溫度 可以由操作面板上的按鍵輸入，也可以由遠(yuǎn)程電腦串行傳送輸入。 顯示溫度精確 到小數(shù)點(diǎn)后一位。用水量單位為立方米，顯示到小數(shù)點(diǎn)后兩位。供水方式是把熱 水管路與冷水管路同時(shí)進(jìn)入混水器，通過調(diào)節(jié)混水器旋鈕的角度來實(shí)現(xiàn)溫度控制。當(dāng)給定標(biāo)準(zhǔn)溫度值后，要求實(shí)際水溫控制在標(biāo)準(zhǔn)值的0.5。設(shè)計(jì)要求如下:一、設(shè)計(jì)一個(gè)可行的控制系統(tǒng)方案，包括：1檢測(cè)方法設(shè)計(jì)，傳感器的選型與安裝方式及位置；2、控制方法設(shè)計(jì)，調(diào)節(jié)器的選型與安裝方式及位置；3、單片機(jī)控制器與傳感器、調(diào)節(jié)器的聯(lián)接方式與安裝位置；4、畫出方案示意圖，并寫出設(shè)計(jì)原理說明。

3、包括傳感器、調(diào)節(jié)器的根本參 數(shù)說明。二、單片機(jī)控制器的硬件局部設(shè)計(jì)5、設(shè)計(jì)檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)控制電路；6、設(shè)計(jì)鍵盤和顯示電路；7、設(shè)計(jì)并畫出單片機(jī)控制器的外形設(shè)計(jì)圖；8設(shè)計(jì)并畫出單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件系統(tǒng)原理圖；9、寫出設(shè)計(jì)說明。三、單片機(jī)控制器軟件局部設(shè)計(jì)a確定水溫、流量的檢測(cè)方法并畫出流程圖；b設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器的控制方法并畫出流程圖；c設(shè)計(jì)操作面板功能及鍵盤、顯示的流程圖；d設(shè)計(jì)并畫出系統(tǒng)應(yīng)用軟件的流程圖；e編寫一個(gè)應(yīng)用子程序；f寫出設(shè)計(jì)說明。第二章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)該浴池水溫控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如下圖， 其工作過程是：由按鍵輸入設(shè)定 溫度值，溫度傳感器檢測(cè)浴池內(nèi)的水溫，通過對(duì)混水器步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角的控制來調(diào) 節(jié)熱

4、水與冷水的比例，使浴池水溫調(diào)整到設(shè)定溫度值；流量傳感器檢測(cè)流入浴池 的水量；此外，系統(tǒng)的顯示模塊能夠顯示設(shè)定溫度， 當(dāng)前溫度，以及當(dāng)前用水量。圖浴池水溫控制系統(tǒng)框圖2.1溫度傳感器的選型溫度傳感器主要有四種主要類型：熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測(cè)器RTD 和集成溫度傳感器IC。IC溫度傳感器又包括模擬輸出和數(shù)字輸出兩種類型。 如表2.1 0熱電偶由于其較高的性價(jià)比，應(yīng)用很廣泛。熱電偶有多種類型，它們覆蓋非常寬的溫度范圍，從-200C2000C。它們的特點(diǎn)是：低靈敏度、低穩(wěn)定性、中 等精度、響應(yīng)速度慢、高溫下容易老化和有漂移，以及非線性。另外，熱電偶需 要外部參考端。RTD精度極高且具有中等線性

5、度。它們特別穩(wěn)定，并有許多種配置。但它們 的最高工作溫度只能到達(dá)400C左右。它們也有很大的TC,且價(jià)格昂貴是熱電 偶的410倍，并且需要一個(gè)外部參考源。模擬輸出IC溫度傳感器具有很高的線性度如果配合一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器或 ADC可產(chǎn)生數(shù)字輸出、低本錢、高精度大約1%小尺寸和高分辨率。它們的 缺乏之處在于溫度范圍有限-55C+ 150C，并且需要一個(gè)外部參考源。數(shù)字輸出IC溫度傳感器帶有一個(gè)內(nèi)置參考源，它們的響應(yīng)速度也相當(dāng)慢 100 ms數(shù)量級(jí)。雖然它們固有地會(huì)自身發(fā)熱，但可以采用自動(dòng)關(guān)閉和單次轉(zhuǎn) 換模式使其在需要測(cè)量之前將IC設(shè)置為低功耗狀態(tài)，從而將自身發(fā)熱降到最低。與熱敏電阻、RTD和熱電偶傳感

6、器相比，IC溫度傳感器具有很高的線性，低 系統(tǒng)本錢，集成復(fù)雜的功能，能夠提供一個(gè)數(shù)字輸出，并能夠在一個(gè)相當(dāng)有用的 范圍內(nèi)進(jìn)行溫度測(cè)量。表2.1 :不同類型溫度傳感器的比擬溫度測(cè)量傳感器比裱糞型扭電偶易于使用衽靈駛度(4080 V/1C)極陡本錢底響應(yīng)速匱幾秒極 SSJESIH C - 200TC高溫時(shí)走化和滾移2000 匕)非線性宰周耐因低穩(wěn)宦性有多種糞型 申諄楕度1%3%需藝外部參考端熱電阻易于連接罷溫度疤圍咼達(dá)150D快速響應(yīng)衣溫匿系數(shù)醫(yī)本錢非域性高靈敏Jg固肓的自身發(fā)熱高輸出唱匿易于互換中等穩(wěn)走性 小尺寸需要外部電流源RT>極高精度有限的溫度范圍高達(dá)竝口極高穩(wěn)定性申等線性昂富許多種

7、配直需要外部電流源瓦溫度侍感器模擬和極高的銭性低響應(yīng)速度教宇輸出fft咸旳有跟的蠱蔭范圉-5比斗高稽度約閑150*0)高輸出0畐度固有的自身發(fā)熱易于系統(tǒng)集成小只寸需要外割參考源高分辨率本設(shè)計(jì)選用AD公司生產(chǎn)的專用集成溫度傳感器 AD590。它屬于電流輸出型。在一定溫度范圍內(nèi)，它相當(dāng)于一個(gè)高阻電流源，其電流溫度靈敏度1 A/ C它不易受接觸電阻、引線電阻、電壓噪聲等的干擾。此外它還具有體積小、測(cè)量 精度高、線性好和互換性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，其主要技術(shù)指標(biāo)為：i. 測(cè)量范圍：55 C至+150C ；ii. 電流輸出標(biāo)定系數(shù)：1 A/ K ;iii. 電源電壓：4 30V ;iv. 線性度：在滿量程范圍內(nèi)小于

8、0.5 C;V. 重復(fù)性：0.1 C ；vi. 輸出阻抗：約為10；vii. 長(zhǎng)期漂移：0.1 C/月；2.2流量傳感器的選型根據(jù)測(cè)量原理的不同，流量傳感器可分為熱式流量傳感器和非熱式流量傳感 器兩大類。熱式流量傳感器主要依靠傳感器與流體間的熱相互作用來進(jìn)行測(cè)量。 該類傳感器由于易采用半導(dǎo)體工藝制造，具有體積小、本錢低、可以批量生產(chǎn)， 同時(shí)能與處理電路集成在同一芯片上， 使傳感器的輸出直接實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，易于與 電腦接口等優(yōu)點(diǎn)。但熱流量傳感器也存在一定的缺乏，如反響時(shí)間較長(zhǎng)、功耗大、 襯底的熱傳導(dǎo)導(dǎo)致測(cè)量誤差、零點(diǎn)隨環(huán)境溫度的漂移等問題；對(duì)流體加熱，也限制了熱式微流量傳感器在生物技術(shù)方面的應(yīng)用。非

9、熱式流量傳感器是利用其他的物理方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)流體的測(cè)量。它把流速的信息轉(zhuǎn)化為力或壓強(qiáng)或物體的旋轉(zhuǎn)，再檢測(cè)由此帶來的物體的形變或電學(xué)性能的 變化，利用一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，反過來測(cè)出流速的大小。和熱式流量傳感器相比， 它有功耗小，無零點(diǎn)漂移、測(cè)量方式多樣，檢出電路簡(jiǎn)單，響應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。 其缺點(diǎn)主要表達(dá)在難以實(shí)現(xiàn)二維或三維方向的測(cè)量， 難以兼顧全量程范圍內(nèi)的靈 敏度，制造過程難以與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容等。盡管如此，在大量不需感知流向 的流速測(cè)量應(yīng)用中，該類傳感具有廣闊的應(yīng)用前景。在這一類非熱傳感器中，風(fēng)輪式結(jié)構(gòu)是最廣泛應(yīng)用的一種，如傳統(tǒng)的風(fēng)杯等。顯然，熱式流量傳感器不適用于本設(shè)計(jì)，所以應(yīng)選擇非熱式流量傳

10、感器。非熱式流量傳感器的測(cè)量原理有：流體粘滯力測(cè)量，聲學(xué)測(cè)量，光學(xué)測(cè)量，電磁測(cè) 量，浮子測(cè)量以及機(jī)械轉(zhuǎn)子葉輪測(cè)量等。綜合比擬各種類型的非熱式流量傳 感器的性能與價(jià)格之后，本設(shè)計(jì)選用上海自儀九儀表生產(chǎn)的LWGY25C0A5型渦輪 流量傳感器，其技術(shù)性能如下：1. 測(cè)量介質(zhì)：液體；2. 介質(zhì)粘度范圍：5mPa|s;3. 流體溫度：20 120 C ；4. 環(huán)境溫度： 25 55 C ；5. 相對(duì)濕度：80% ；6. 接觸流體的零件材料：殼體、導(dǎo)向件：1Cr18NiTi葉輪：不銹鋼2Cr13軸、軸承：硬質(zhì)合金軸+軸承7. 安裝方式：安裝于水平管道；8. 連接方式：非密封的管螺紋連接；9. 電源與輸出

11、信號(hào)：以下，占空比50 10% ；10. 公稱直徑：25mm；11. 流量范圍m3/h： 1.610，誤差限為0.2% ；12. 公稱壓力：PN1.6MPa。:渦輪流量傳感器的根本結(jié)構(gòu)：如圖2.2所示，渦輪流量傳感器由殼體、前導(dǎo)向架、軸、葉輪、后導(dǎo)向架、 壓緊圈和帶磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器的放大器等組成。前導(dǎo)向架和后導(dǎo)向架安裝在殼體中，軸安裝在導(dǎo)向架上，同時(shí)因?qū)蚣苌嫌袔灼?呈輻射形的整流片，還可以起一定的整流作用，使流體根本上沿著平行于軸線的 方向流動(dòng)；前、后導(dǎo)向架是用壓緊圈固定在殼體上的。葉輪中有軸承，套在軸上，可以靈活地旋轉(zhuǎn)。葉輪上均勻分布著葉片，液體流過 時(shí)沖擊葉片使葉輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)。渦輪流量傳感器

12、的結(jié)構(gòu)示意圖:渦輪流量傳感器的工作原理:當(dāng)被測(cè)流體流經(jīng)傳感器時(shí)，傳感器內(nèi)的葉輪借助于流體的動(dòng)能而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn),電脈沖數(shù)量與流量成正比。該脈沖信號(hào)經(jīng)放大器放大后送至二次儀表進(jìn)行流量和周期性地改變磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的磁阻值， 使通過線圈的磁通量周期性地發(fā)生變化而產(chǎn)生電脈沖信號(hào)。在一定的流量范圍下， 葉輪轉(zhuǎn)速與流體流量成正比，即總量的顯示或積算。在測(cè)量范圍內(nèi)，傳感器的輸出脈沖總數(shù)與流過傳感器的體積總量成正比，其比值稱為儀表常數(shù)，以(次/L)表示。每臺(tái)傳感器都經(jīng)過實(shí)際標(biāo)定測(cè)得儀表常數(shù)值。當(dāng)測(cè)出脈沖信號(hào)的頻率f和某一段時(shí)間內(nèi)的脈沖總數(shù)N后，分別除以儀表常數(shù)1(次/L)便可求得瞬時(shí)流量q(L/s)和累積流量Q

13、( L)。即:q f/Q N/2.3步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)芯片的選型步進(jìn)電機(jī)選型步進(jìn)電機(jī)分類：1按步進(jìn)電機(jī)輸出扭矩的大小，可分為快速步進(jìn)電機(jī)與功率步進(jìn)電機(jī)；2按勵(lì)磁相數(shù)，可分為二相、三相、四相、五相甚至八相；3按其運(yùn)動(dòng)方式，分旋轉(zhuǎn)式、直線式、平面運(yùn)動(dòng)式和滾切運(yùn)動(dòng)式；4按結(jié)構(gòu)，可分為單段式徑向式、多段式軸向式、印刷繞組式；5按工作原理，可分為反響式、電磁式、永磁式、永磁感應(yīng)子式混合式 步進(jìn)電機(jī)，其中反響式和混合式步進(jìn)電機(jī)比擬常用。永磁式式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度或15度； 反響式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為 1.5度，但噪聲 和振動(dòng)都很大。反響式步

14、進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成， 定子上有多相勵(lì)磁 繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反響式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相： 兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為0.72度。本設(shè)計(jì)選用北京前蘇電子科技公司的 42HS003型兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，其性能參 數(shù)如表，其靜轉(zhuǎn)矩為 0.45Nm可以直接用于驅(qū)動(dòng)混水閥轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)矩滿足家用 自來水水壓條件下直徑25mm勺水管混水要求。外圻胡阪：-.nrv-c絕緣電Fl：100VDC 10CXK2 Milill ' 1171:0.1軸向跳動(dòng)：0.02Max溫 升；75VMax絶緣等怨；B型號(hào)相數(shù)步是角相電流電床養(yǎng)轉(zhuǎn)距線電

15、阻相電感機(jī)身長(zhǎng)度42HSOO12L.8a1 7A24V045Nm1.4Q1.96mH33nim42HSOO21 7A24V0.35Nm23 Q2.SSmH39訕廿024Kg |42HSOD31 7A24V0.45Nm3加3.7mH46tnmO.JSKg |42HS003型步進(jìn)電機(jī)性能參數(shù)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選型本設(shè)計(jì)選用ST公司生產(chǎn)的L298型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。L298是一種高電壓、 大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片的主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá) 46V;輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá) 3A,持續(xù)工作電流為2A;內(nèi)含兩個(gè)H橋的 高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以來驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)、繼電器、線

16、圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制器， 在不受輸入 信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作； 有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電 路局部在低電壓下工作；可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反響給控制電路。L298有兩種封裝，如圖2.6。CURRENT SENSING BOUTPUT 4OUTPUTSINPUT 411INPUTSLOGtC SUPPLY VOLTAGE VGNDINPUT 2EhAB_E AINPUT 1SUPPLY VOtTAGE VSOUTPUT 2OUTPUT 1CURRENT SEMSHKG ATABCOhhECTEDTOPlN. !匚詰忖A二GMD2QG

17、ND匸19Senas BN.C.N CIOut 4Out 1Out 2Out 315Inpul 4匸input 1f4Ei'iatie 86Input 3Input 29:SSGVID1011GND圖L298兩種封裝形式的管腳圖2.4混水閥選型由于市場(chǎng)上沒有采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的混水閥,以購置混水閥的主要配件，如閥體和閥芯如圖以及相關(guān)密封件，然后采用機(jī)可PowerSO20 T6因此需要設(shè)計(jì)或組裝一個(gè)。Multiwatt15二二二二rp二二,H12Sens# AEnable A從而組成一個(gè)械連接的方式或者用聯(lián)軸器將步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸與閥芯轉(zhuǎn)子連接起來, 用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的混水閥r/CLR/vpp.n

18、HvRaD.NDRATWN1 RAZ/ANZfVREF- P4AN3/'EF+ RA47T&CKI RA&/AN 斗/竊 REtyRD.'AMS RE hVTR；rAM& lRE2/CS-Ari7 心VSS OSd'CLKIN圖2.7混水閥的閥體和閥芯CPU選型因?yàn)楸救藢?duì)PIC16F87X型單片機(jī)比擬熟悉，應(yīng)選用 Microchip公司的PIC16F877型單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制芯片，如圖 2.8.RCDfT1OSOJT1CKIFKVT1OSICCP2RMCCPIRC3/SCK/S CLRDO/PSPDRD1PSP1512 3 4 5 6龍

19、1;2zcoLL9Lo_do- 7 5 J- 3 2 1 _o fl* fl- 7 fi- 5 4 3 14333 3-3333222 2 2 2 222nnn n n ri圖2.8 PIC16F877的管腳圖單片機(jī)的主要性能:1采用高性能RISC;2僅有35條單字指令，除程序分支指令為兩個(gè)周期外，其余均為單周期指令;3運(yùn)行速度：DC-20MHZ寸鐘輸入，DC-200ns指令周期；4) 8K*14個(gè)FLASH程序存儲(chǔ)器，368*8個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器字節(jié)，256*8EEPRO數(shù)據(jù)存儲(chǔ)字節(jié)；5) 14個(gè)中斷源；6) 低功耗：在5V,4MHz時(shí)典型值小于2mA在3V,32KHz時(shí)典型值小于20 A ;典型

20、的穩(wěn)態(tài)電流值小于1 A。7) 具有10位的內(nèi)部ADC模塊。2.6系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖和設(shè)計(jì)原理圖2.9浴池水溫控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖設(shè)計(jì)原理說明：按鍵、LED指示燈和數(shù)碼管顯示局部是系統(tǒng)的人機(jī)接口模塊。按鍵用于設(shè)定浴池水溫值或進(jìn)行功能切換，LED指示燈指示當(dāng)前工作狀態(tài)，數(shù)碼管顯示用水量、浴池當(dāng)前水溫或設(shè)定溫度。AD590檢測(cè)浴池的水溫和，LWGY 檢測(cè)用水量，兩個(gè)傳感器的檢測(cè)信號(hào)經(jīng)PIC單片機(jī)處理后可由數(shù)碼管顯示。此外， 系統(tǒng)根據(jù)溫度傳感器的測(cè)量值與設(shè)定值之差，由單片機(jī)輸出控制信號(hào)，經(jīng)L298芯片轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)混水器，使浴池水溫到達(dá)設(shè)定值。圖2.10系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理框圖第三章硬件設(shè)計(jì)3.1按

21、鍵與顯示電路該局部電路包括4個(gè)按鍵，命名為KEY1,KEY2,KEY3,KEY4 4位8段數(shù)碼管顯示，以及一個(gè)LED指示燈。PIC單片機(jī)通過8155控制數(shù)碼管的顯示。8155的B 口和數(shù)碼管中所有LED的a、b、c、d、e、f、g、DP引線相連，各個(gè)數(shù)碼管的控制端和8155的C 口相連，即B 口為字形口，C 口為字位口。r亠EDIfcta TICrSii TLiiq 1KiltV11 1 "im;ranriK3I ：魚M円_l VTH *比KM"卩前葉取工kh' rtjiHi t 兄 wrs,i .akDfl FJ1.UA科"KDI Wl羽心.2: 41

22、ETEtD2 TfiJF-2* 加 axiS&IINFI k.-ii TO XIfc!>i -4fcA1 AMKfc&l W5KIM“ z i t ! i rb ni l*L>a|：>UKii 7飾 U1 忖.；:人F fIT. TT iSnK123bAhi?VWWFIC16?87X. JmimiJ-CZJin-:1TY：Rf A 2kli i D41V4 HMTAHI回ihM檢上描1.心HMXI?riRK3KT2Ki MK7IF|iKd*附AI- J :血1BFl HKU 3EX UHH'圖按鍵與顯示電路3.2溫度與流量檢測(cè)電路系統(tǒng)選用的PIC16F

23、877單片機(jī)內(nèi)部包含10位的ADC模塊，具有8路模擬信 號(hào)輸入通道，因此，不需要擴(kuò)展外圍 ADCS片。fT十:271AI 23Jov4L吉 lwuySI傳感需圖溫度與流量檢測(cè)電路3.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制電路該局部電路如下圖，時(shí)鐘電路的晶振頻率為4MHz復(fù)位電路選用常用的綜合復(fù)位電路。L298的4個(gè)輸出端兩兩驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的兩個(gè)線圈，單片機(jī)的端 口 C產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)所需要的脈沖信號(hào)和控制信號(hào)，RCA RC3分別與L298芯片的INPUT仁INPUT 4相連，脈沖信號(hào)由此端口進(jìn)入驅(qū)動(dòng)芯片。i>. I： r iit. . iil»aIBZX< 2X( tL Bl:？ MBf-SaT

24、I9B4EC4和CMXLKBb*hJi：L“門肅耳FTVAI 沁vtrr 1AJ MN3 VI： HF ，KM 1M kl1.15 .Z 曇CBCI.CLICK MM IJCX1Tmr-rrvssm nr*KZ2 77VDDPCCieFB7?TAfTT5TF"SLi10jjL29®ilT1圖3.3基于L298的兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路第四章軟件設(shè)計(jì)4.1控制器外觀設(shè)計(jì)以及按鍵、顯示程序流程:控制器外觀設(shè)計(jì)球 球 池北京交通大學(xué)E. E. E.攝氏度立方米O水溫設(shè)定降溫顯示切換升溫ON/OFF操作面板說明:器件名稱功能按鍵“復(fù)位使系統(tǒng)復(fù)位按鍵“on/off系統(tǒng)電源開關(guān)按鍵“水溫設(shè)

25、定按一下進(jìn)入溫度設(shè)定，再按一下確認(rèn)退出按鍵“顯示切換使顯示器顯示水溫或用水量按鍵“降溫在“水溫設(shè)定狀態(tài)下， 按一下，降低一攝氏度按鍵“升溫在“水溫設(shè)定狀態(tài)下， 按下，升高攝氏度4位8段數(shù)碼管顯示器顯示水溫或用水量LED指示燈亮：表示當(dāng)前顯示數(shù)據(jù)為 溫度；暗：表示當(dāng)前顯示數(shù)據(jù)為 用水量開始按鍵與顯示程序流程:按鍵與顯示程序流程4.2溫度檢測(cè)方法及程序流程AD590屬于電流輸出型溫度傳感器，在55 C至+150C的溫度范圍內(nèi)，它相 當(dāng)于一個(gè)高阻電流源，電流溫度靈敏度 1 A/ C。經(jīng)10K歐電阻之后對(duì)應(yīng)于,經(jīng)10位A/D轉(zhuǎn)化后的度的設(shè)計(jì)要求。PIC16F877的端口 A的RAO為溫度傳感器模擬 量

26、的輸入引腳，A/D轉(zhuǎn)換后的結(jié)果可由顯示程序調(diào)用。圖4.2溫度采集程序流程圖4.3流量檢測(cè)方法及程序流程LWGY25COA5T0渦輪流量傳感器的輸出為占空比為 50%勺脈沖，流量計(jì)算公 式：Q N/ ，其中次/L為傳感器常數(shù)，傳感器在出廠時(shí)該常數(shù)由廠家標(biāo)定給出。假設(shè)用一個(gè)計(jì)數(shù)器記錄脈沖數(shù) N，那么任意時(shí)刻的用水量就可由上述公式求 出。N圖4.3流量檢測(cè)程序流程4.4步進(jìn)電機(jī)的控制算法及程序流程對(duì)混水器采用模糊控制方法。模糊控制原理：模糊控制器的輸入為測(cè)得溫度與設(shè)定溫度的偏差EE=t°-t, t °為設(shè)定的溫度，t為測(cè)得的溫度以及偏差的變化量E E=t本-t前，其中t前為前次測(cè)

27、得的溫度，t本為本次測(cè)得的溫度，輸出為步進(jìn)電機(jī)的控制量一一脈沖個(gè)數(shù)及頻率。將 E分為四個(gè)模糊子集B大，M中， S小，N負(fù)，對(duì)應(yīng)溫度變差為：t0-t>TM1C; TM2C t0-t<TM1C;0C t0-t<TM2C；t0-t<O CTM1>TM2。 E分為三個(gè)模糊子集P正，Z零，N負(fù)。對(duì)應(yīng)的偏差變化量為：t本-t前Ao；-Ao t本-t前Ao；t本-t前-AoA° 0;控制器輸出的脈沖頻率分為四個(gè)模糊子集B快，M中，S慢，Z零。模糊控制規(guī)那么見表4.1。模糊控制程序：將系統(tǒng)本次測(cè)得的溫度值與設(shè)定的溫度值相減得到溫度的偏 差E,并存儲(chǔ)到存儲(chǔ)單元TMS，將本

28、次測(cè)得溫度減去前次測(cè)得的溫度，得到溫度 變差的變化量 E，將E存入存儲(chǔ)單元TMCB。根據(jù)E以及E可以制定模糊控制 表。例如將E的四個(gè)模糊子集N、S、M、B分別用數(shù)字-1、1、3、6表示，E判 定函數(shù)E+ E。將表4.2與表4.1比照可以看出：當(dāng)E+ E 0時(shí)，輸出頻率為Z;當(dāng) 1 E+ E<3時(shí)，輸出頻率為S;當(dāng)3 E+ E 5時(shí)，輸出頻率為M，當(dāng)E+ E 5時(shí), 輸出頻率為B。根據(jù)以上分析，可以編寫模糊控制程序。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)控 制效果制定適合的模糊控制規(guī)那么，如增加模糊子集或改變相關(guān)模糊子集對(duì)應(yīng)的數(shù)XPZNBBBBMMSSSSZNZZ2表4.1 :模糊控制規(guī)那么10-167634

29、321210-10-1-2TO中斷4.5系統(tǒng)軟件流程系統(tǒng)采用前后臺(tái)的軟件結(jié)構(gòu)，后臺(tái)程序用于按鍵掃描，顯示水溫和用水量，在CPU空閑時(shí)間進(jìn)行溫度采集；前臺(tái)程序即中斷效勞程序，利用TO產(chǎn)生周期為1s的定時(shí)中斷，在中斷周期內(nèi)調(diào)節(jié)混水閥，使浴池溫度趨近設(shè)定溫度；利用RA1作為外部中斷累計(jì)流量傳感器脈沖數(shù)。溫度采集子程序按鍵掃描選擇分支結(jié)構(gòu)溫度設(shè)定顯示切換降溫to=to-1升溫to=to+1溫度顯示子程序流量顯示子程序存儲(chǔ)設(shè)定溫度to延時(shí)500毫秒圖4.5系統(tǒng)軟件流程4.6應(yīng)用子程序代碼.*5步進(jìn)電機(jī)的控制程序.*5PCLEQUo2H;定義PCL存放器地址STATUSEQU03H;定義狀態(tài)存放器地址PO

30、RTCEQU07H;疋義端口 C的數(shù)據(jù)奇存器地址PORTDEQU08HTRISCEQU87HTRISDEQU88H；定義端口 D的方向存放器INTCONEQU0BH;定義INTCON控制存放器CCP1IFEQU2HCCP1CONEQU17HCCPR1LEQU0EHCCPR1HEQU0FHPIR1EQU0CH;疋義第一外設(shè)中斷標(biāo)志奇存器PIR2EQU0DHTMR1LEQU0EH;定義TMR1LTMR1HEQU0FHADRESHEQU1EH;定義 ADRESHADCON0EQU1FH;定義數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC的存放器PIE1EQU8CH;定乂第 外設(shè)中斷屏蔽存放器PIE2EQU8DHADCON1EQU

31、9FH;定義數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC的存放器T1CONEQU10H;定義TIMER1控制存放器RP1EQU06HRP0EQU05HZEQU02HCEQU00HTMR1IFEQU00HDATA1EQU20H;定義外循環(huán)變量DATA2EQU21H;定義內(nèi)循環(huán)變量TEMPEQU22HW_TEMPEQU25HS_TEMPEQU26HSCALEREQU27HAD_STATUS EQU28HSIGNEQU22HSUNEQU24HINDEXEQU25HW_BUFEQU26HVALUEEQU27HNUMEQU28HCOUNT1EQU1AH;定義存儲(chǔ)外循環(huán)次數(shù)的變量COUNT2EQU0FFH;定義存儲(chǔ)內(nèi)循環(huán)次數(shù)的變量*

32、ORG00HNOPGOTOMAINORG04HGOTOINT.*沖斷向量的地址為 04H；跳到中斷子程序中斷子程序開始.*，INT*MOVWFSWAPFMOVWFW_TEMPSTATUS,0S_TEMP;W存放器的內(nèi)容存儲(chǔ);將STATUS存放器中上下字節(jié)交換;交換后的結(jié)果存入 S_TEMPBCFBCFSTATUS,RPOSTATUS,RP1BTFSCGOTOGOTOPIR1,TMR1IFNEXT1NEXT2;觀察是否TMR1中斷NEXT1BTFSCGOTOBCFSIGN,0NEXT3PORTC,2;觀察SIGN的第0位是否為0NEXT3COMFSIGN,1;SIGN取反BCFPIR1,TMR1

33、IF;清中斷標(biāo)志位CLRFMOVLWMOVWFMOVLWMOVWFTMR1L 0F5H TMR1H 48HTMR1L;對(duì)TMR1重新輸入值0F548HNEXT2SWAPFMOVWFS_TEMP,0STATUS沖斷前的STATUS的內(nèi)容，重新裝入SWAPFSWAPFW_TEMP,1W_TEMP,0；中斷前的 W的內(nèi)容重新裝入RETFIE.*.*中斷子程序纟結(jié)束 *MAINCALLINITIAL；調(diào)初始化子程序LOOPCALLAAA；調(diào)用AAA輸出子程序主程序開女始 *NOPBTFSSSIGN,0;SIGN為1那么轉(zhuǎn)到S_1GOTOBTFSCSIGN,0;SIGN為0,那么轉(zhuǎn)到LOOPGOTOLO

34、OPGOTO.*.*初始化子程序開女始*INITIALBCFSTATUS,RP0BCFSTATUS,RP1CLRFW TEMPCLRFW BUFSIGNCLRFBSFSTATUS,RP0BCFSTATUS,RP1BCFTRISC,2BCFSTATUS,RP0BCFSTATUS,RP1CLRFT1CONMOVLW0F5H;將 TMR1 設(shè)為 0F548HMOVWFTMR1HMOVLW048HMOVWFTMR1LCLRFINTCON;清中斷標(biāo)志BSFINTCON,6；中斷使能BSFSTATUS,RPOBCFSTATUS,RP1BSFPIE1,0;TMR1 中斷使能BCFSTATUS,RP0BCFS

35、TATUS,RP1CLRFPIR1;清中斷標(biāo)志BSFSTATUS,RP0BCFSTATUS,RP1BSFT1CON,0;開 TMR1BCFSTATUS,RP0BCFSTATUS,RP1BSFINTCON,7BCFPORTC,2CLRFNUMCLRFVALUECLRFNUMCLRFINDEXRETURN初始化子程序結(jié)束.*AAABCFSTATUS,RP0BCFSTATUS,RP1MOVFNUM,0BTFSSSTATUS,ZGOTOBBBCLRFNUMBTFSCINDEX,4CLRFINDEXCALLTABLEMOVWFVALUEINCFINDEX,0；*a輸出子程序*BBB;VALUE+SUM

36、存至U W 中MOVFVALUE,。ADDWF NUM,0BTFSC STATUS,C;測(cè)試是否有進(jìn)位GOTONEXT4BCFPORTC,2RETURNNEXT4BSF PORTC,2RETURNTABLEMOVFINDEX,WADDWF PCL,FRETLWOOHRETLW04HRETLW08HRETLW 0CHRETLW10HRETLW 14HRETLW 14HRETLW 14HRETLW 14HRETLW 14HRETLW 14HRETLW 0CHRETLW08HRETLW04HRETLW00H;* AAA *5END輸出子程序結(jié)束主程序結(jié)束*實(shí)驗(yàn)1:ARM的GPIO編寫程序?qū)崿F(xiàn)：1、上

37、電后3個(gè)LED燈全部點(diǎn)亮2、按一下KEY1,LED1熄滅，再按一下 KEY1,LED1點(diǎn)亮.同理 KEY2 KEY3S制 LED2 LED3.3、選做同時(shí)按下KEY1和 KEY2 3個(gè)燈開始間隔1秒依次點(diǎn)亮和熄滅，再按 下KEY3退出閃爍狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)程序：第1, 2題的程序：PINSEL4=0x00000000;PINMODE4=0X00000000;FIO2DIR=0xffff00ff;int mai n()uchar flagk 1=0,flagk2=0,flagk3=0;開機(jī)全亮FIO2SET=LED1|LED2|LED3;DelayNS(500);while(1) if(FIO2PI N

38、&KEY1)=KEY1) DelayNS(20);if(flagk1=0) FIO2SET=LED1; flagk 1=1; else FIO2CLR=LED1; flagk1=0; else if(FIO2PI N&KEY2)=KEY2) DelayNS(20);if(flagk2=0) FIO2SET=LED2; flagk2=1; else FIO2CLR=LED2; flagk2=0;else if(FIO2PI N&KEY3)=KEY3) DelayNS(20);if(flagk3=0) FIO2SET=LED3; flagk3=1; else FIO2CLR

39、=LED3; flagk3=0;return (0);第3題的程序：用外部中斷方式實(shí)現(xiàn)PINSEL4=0x04000000;PINMODE4=0X00000000;FIO2DIR=0xffff00ff;int mai n (void)=0x08;=0x08;/上升沿觸發(fā)/ IRQ中斷使能EXTMODE EXTPOLAR IRQE nable();/初始化外部中斷VICIntSelect = 0x00;所有中斷通道設(shè)置為IRQ中斷VICVectPri17=0x00;VICVectAddr17 =(ui nt32)IRQ_EINT3;EXTINT=1 << 3;VICI ntE nab

40、le=1 << 17;/開機(jī)全亮FIO2SET=LED1|LED2|LED3;/設(shè)EINT3中斷優(yōu)先級(jí)為最高/設(shè)置中斷效勞程序地址/清EINT3中斷標(biāo)志/使能EINT3中斷DelayNS(500); while(1)if(FIO2PI N&KEY1)=KEY1)&&(FIO2PI N&KEY2)=KEY2)DelayNS(20);FIO2CLR=LED1|LED2|LED3;while(1)FIO2SET=LED1;FIO2CLR=LED2|LED3;DelayNS(100);FIO2SET=LED2;FIO2CLR=LED1|LED3;DelayN

41、S(100);FIO2SET=LED3;FIO2CLR=LED2|LED1;DelayNS(100);return (0);實(shí)驗(yàn)2:彩色液晶實(shí)驗(yàn)顯示屏為2.4寸，320X 240, 65536色TFT液晶屏，數(shù)據(jù)線控制線見原理圖要求編寫程序?qū)崿F(xiàn)：1、全屏顯示紅色，綠色，藍(lán)色，黃色，可通過按鍵切換。2、能夠顯示數(shù)字，字母和漢字，字體和大小可調(diào)，位置可控。3、能夠顯示小幅的彩色圖片。實(shí)驗(yàn)程序：第1題：用KEY1控制屏幕的顏色PINSEL4=0x00000000;PINMODE4=0X00000000;FIO2DIR=0xffff00ff;背景顏色控制函數(shù)void My_BackGro und(un sig ned int mycolor)un sig ned int i,j;In it_R61505U_2();for(i=0;i<240;i+)for(j=0;j<320;j+)WMLCDDATA(mycolor); int mai n (void)ui nt8 i=0;while(1)if(FIO2PI N&KEY1)=KEY1) DelayNS(20);if(i=0)My_BackGround(GREEN); i=1;else if(i=1)My_BackGrou