2.1 溫度傳感器的選用

溫度傳感器可由以下幾種方案可供選擇：

方案一：選用熱敏電阻作為感測(cè)溫度的核心元件，通過(guò)運(yùn)算放大器放大由于溫度變化引起熱敏電阻電阻的變化、進(jìn)而導(dǎo)至的輸出電壓變化的微弱電壓變化信號(hào)，再用AD轉(zhuǎn)換芯片ADC0809將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸入單片機(jī)處理。具體方案如果2-1

                                                        

圖2-1 熱敏溫度采集電路

方案二：采用熱電偶作為感測(cè)溫度的核心元件，配合橋式電路，運(yùn)算放大電路和AD轉(zhuǎn)換電路，將溫度變化信號(hào)送入單片機(jī)處理。此方案原理和方案一的原理大同小異，AD轉(zhuǎn)換電路一樣，就是模擬量輸入的處理方式不一樣，熱電偶的還需要配合橋式電路，整體更加復(fù)雜點(diǎn)，但是此方案的測(cè)溫范圍更廣。

方案三：采用數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20作為感測(cè)溫度的核心元件，直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)供單片機(jī)處理。

                                                        

圖2-2 DS18B20溫度采電路

對(duì)于方案一，采用熱敏電阻有價(jià)格便宜、元件易購(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，但熱敏電阻對(duì)溫度的細(xì)微變化不敏感，AD0809也只有8位，所以顯示溫度也只能顯示到度，不能顯示到小數(shù)。在信號(hào)采集、放大、轉(zhuǎn)換過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生失真和誤差，并且由于熱敏電阻的R-T關(guān)系的非線性，其本身電阻對(duì)溫度的變化存在較大誤差，雖然可以通過(guò)一定電路予以糾正，但不僅將使電路復(fù)雜穩(wěn)定性降低，而且在人體所處溫度環(huán)境溫度變化中難以檢測(cè)到小的溫度變化。故該方案不適合本系統(tǒng)。

對(duì)于方案二，采用熱電偶和橋式測(cè)量電路相對(duì)于熱敏電阻其對(duì)溫度的敏感性和器件的非線性誤差都有較大提高，其測(cè)溫范圍也非常寬，從-50攝氏度到1600攝氏度均可測(cè)量。但是依然存在電路復(fù)雜，對(duì)溫度敏感性達(dá)不到本系統(tǒng)要求的標(biāo)準(zhǔn)，故不采用該方案。

對(duì)于方案三，由于數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20的高度集成化，大大降低了外接放大轉(zhuǎn)換等電路的誤差因素，溫度誤差很小，并且由于其感測(cè)溫度的原理與上述兩種方案的原理有著本質(zhì)的不同，使得其溫度分辨力極高。溫度值在器件內(nèi)部轉(zhuǎn)換成數(shù)字量直接輸出，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，又由于該傳感器采用先進(jìn)的單總線技術(shù)（1-WRIE），與單片機(jī)的接口變的非常簡(jiǎn)潔，抗干擾能力強(qiáng)。關(guān)于DS18B20的詳細(xì)參數(shù)參看下面“硬件設(shè)計(jì)”中的器件介紹。

2.2 主控機(jī)的選擇

方案一：采用凌陽(yáng)系列單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制器，凌陽(yáng)系列單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，模塊大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減少了體積，提高了穩(wěn)定性。凌陽(yáng)系列單片機(jī)提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制核心。

方案二：采用單片機(jī)作為控制核心。以軟件編程的方法進(jìn)行溫度判斷，并在端口輸出控制信號(hào)。

因51單片機(jī)價(jià)格比凌陽(yáng)系列低得多，且本設(shè)計(jì)不需要很高的處理速度，從經(jīng)濟(jì)和方便使用角度考慮，本設(shè)計(jì)選擇了方案二。對(duì)于方案二，以單片機(jī)作為控制器，通過(guò)編寫(xiě)程序不但能將傳感器感測(cè)到的溫度通過(guò)顯示電路顯示出來(lái)，而且用戶能通過(guò)鍵盤(pán)接口，自由設(shè)置上下限動(dòng)作溫度值，滿足全方位的需求。并且通過(guò)程序判斷溫度具有極高的精準(zhǔn)度，能精確把握環(huán)境溫度的微小變化。故本系統(tǒng)采用方案二。

2.3顯示電路

方案一：采用數(shù)碼管顯示溫度，動(dòng)態(tài)掃描顯示方式。采用LED數(shù)碼管這種方案。雖然顯示的內(nèi)容有限，但是也可以顯示數(shù)字和幾個(gè)英文字母，在這個(gè)設(shè)計(jì)中已經(jīng)足夠了，并且價(jià)格比液晶字符式要低的多，為了控制設(shè)計(jì)制作的成本，在此設(shè)計(jì)中選用LED數(shù)碼管顯示。

方案二：采用液晶顯示屏LCD顯示溫度。顯示用液晶字符式，可以用軟件達(dá)到很好的控制，硬件不復(fù)雜，液晶字符顯示器可以顯示很豐富的內(nèi)容，但是液晶字符式價(jià)格昂貴。

對(duì)于方案一，該方案成本低廉，顯示溫度明確醒目，在夜間也能看見(jiàn)，功耗極低，顯示驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)也相對(duì)簡(jiǎn)單，這種顯示方式得到廣泛應(yīng)用。不足的地方是掃描顯示方式是使數(shù)碼管逐個(gè)點(diǎn)亮，因此會(huì)有閃爍，但是人眼的視覺(jué)暫留時(shí)間為20MS，當(dāng)數(shù)碼管掃描周期小于這個(gè)時(shí)間時(shí)人眼將感覺(jué)不到閃爍，因此可以通過(guò)增大掃描頻率來(lái)消除閃爍感。

對(duì)于方案二，液晶體顯示屏具有顯示字符優(yōu)美，不但能顯示數(shù)字還能顯示字符甚至圖形的優(yōu)點(diǎn)，這是LED數(shù)碼管無(wú)法比擬的。但是液晶顯示模塊價(jià)格昂貴，驅(qū)動(dòng)程序復(fù)雜，從簡(jiǎn)單實(shí)用的原則考慮，本系統(tǒng)采用方案一。

2.4調(diào)速方式

方案一：采用變壓器調(diào)節(jié)方式，運(yùn)用電磁感應(yīng)原理將220V電壓通過(guò)線圈降壓到不同的電壓，控制風(fēng)扇電機(jī)接到不同電壓值的線圈上可控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制風(fēng)扇風(fēng)力大小。

方案二：采用三極管驅(qū)動(dòng)PWM進(jìn)行控制。

對(duì)于方案一，由于采用變壓器改變電壓調(diào)節(jié)，有風(fēng)速級(jí)別限制，不能適應(yīng)人性化要求。且在變壓過(guò)程中會(huì)有損耗發(fā)熱，效率不高，發(fā)熱有不安全因素。

對(duì)于方案二，PWM的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無(wú)需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時(shí)，也才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是PWM相對(duì)于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時(shí)候?qū)�PWM用于通信的主要原因。從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)向PWM可以極大地延長(zhǎng)通信距離。故本系統(tǒng)采用方案二。

第3章 系統(tǒng)硬件組成


3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由集成溫度傳感器、單片機(jī)、LED數(shù)碼管、三極管驅(qū)動(dòng)電路及一些其他外圍器件組成。使用具有價(jià)廉易購(gòu)的STC89C51單片機(jī)編程控制，通過(guò)修改程序可方便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級(jí)。系統(tǒng)的框圖結(jié)構(gòu)如下：（見(jiàn)附件）

3.2.4 STC89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)

最小系統(tǒng)包括單片機(jī)及其所需的必要的電源、時(shí)鐘、復(fù)位等部件，能使單片機(jī)始終處于正常的運(yùn)行狀態(tài)。電源、時(shí)鐘等電路是使單片機(jī)能運(yùn)行的必備條件，可以將最小系統(tǒng)作為應(yīng)用系統(tǒng)的核心部分，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)器擴(kuò)展、A/D擴(kuò)展等，使單片機(jī)完成較復(fù)雜的功能。

STC89C51是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單﹑可靠。用STC89C52單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，結(jié)構(gòu)如圖2-3所示，由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。

圖3-3 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理框圖

1. 時(shí)鐘電路

STC89C51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部時(shí)鐘方式，二是外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式如圖2-4所示。在STC89C51單片機(jī)內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機(jī)的XTAL1(18)和XTAL2(19)引腳外接石英晶體(簡(jiǎn)稱(chēng)晶振)，就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。圖中電容C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在5~30pF，典型值為30pF。晶振CYS的振蕩頻率范圍在1.2~12MHz間選擇，典型值為12MHz和6MHz。

                                                        

圖3-4 STC89C51內(nèi)部時(shí)鐘電路

2. 復(fù)位電路

當(dāng)在STC89C51單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作(若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài))。

復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。

最簡(jiǎn)單的上電自動(dòng)復(fù)位電路中上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充放電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時(shí)間不超過(guò)1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。

除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過(guò)RST(9)端與電源Vcc接通而實(shí)現(xiàn)的。按鍵手動(dòng)復(fù)位電路見(jiàn)圖2-5。時(shí)鐘頻率用11.0592MHZ時(shí)C取10uF,R取10kΩ。

                                                        

圖3-5 STC89C51復(fù)位電路

3.2.5 STC89C51中斷技術(shù)概述

中斷技術(shù)主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，要求單片機(jī)能及時(shí)地響應(yīng)中斷請(qǐng)求源提出的服務(wù)請(qǐng)求，并作出快速響應(yīng)、及時(shí)處理。這是由片內(nèi)的中斷系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)中斷請(qǐng)求源發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)，如果中斷請(qǐng)求被允許，單片機(jī)暫時(shí)中止當(dāng)前正在執(zhí)行的主程序，轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)處理程序處理中斷服務(wù)請(qǐng)求。中斷服務(wù)處理程序處理完中斷服務(wù)請(qǐng)求后，再回到原來(lái)被中止的程序之處（斷點(diǎn)），繼續(xù)執(zhí)行被中斷的主程序。

圖3-6為整個(gè)中斷響應(yīng)和處理過(guò)程。

                                                        

圖3-6  中斷響應(yīng)和處理過(guò)程

如果單片機(jī)沒(méi)有中斷系統(tǒng)，單片機(jī)的大量時(shí)間可能會(huì)浪費(fèi)在查詢是否有服務(wù)請(qǐng)求發(fā)生的定時(shí)查詢操作上。采用中斷技術(shù)完全消除了單片機(jī)在查詢方式中的等待現(xiàn)象，大大地提高了單片機(jī)的工作效率和實(shí)時(shí)性。

DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體器件公司推出的單總線數(shù)字化智能集成溫度傳感器。單總線(1-Wire)是DALLAS公司的一項(xiàng)專(zhuān)有技術(shù),它采用單根信號(hào)線,既傳輸時(shí)鐘又傳輸數(shù)據(jù),而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的,具有節(jié)省I/O口線資源、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)。

3.3.1 DS18B20 的特點(diǎn)及內(nèi)部構(gòu)造

特點(diǎn)如下：

（1）采用獨(dú)特的單總線接口方式，即只有一根信號(hào)線與控制器相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向通信，不需要外部元件；

（2）測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以單總線串行傳送給控制器，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力；

（3）支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三根線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)量；

（4）適應(yīng)電壓范圍寬3.0-5.5V，不需要備份電源、可用數(shù)據(jù)線供電，溫度測(cè)量范圍為-55℃~125℃，-10℃~85℃時(shí)測(cè)量精度為±0.5℃；

（5）通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)9~12位的數(shù)字值讀數(shù)方式，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃，0.25℃，0.125℃，0.0625℃，實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫；

（6）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。

封裝圖及內(nèi)部構(gòu)造，如下圖3-7和3-8所示

                                                        

圖3-7 DS18B20外部結(jié)構(gòu)框圖

3.3.2引腳功能介紹

NC:空引腳,懸空不使用;

VDD:可選電源腳,電源電壓范圍3~5.5V。工作于寄生電源時(shí),此引腳應(yīng)接地;

I/O:數(shù)據(jù)輸入/輸出腳,漏極開(kāi)路,常態(tài)下高電平。

DS18B20采用3腳TO-92封裝或8腳SOIC及CSP封裝方式。圖2-8所示為DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位光刻ROM及單總線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器（內(nèi)含便箋式RAM）、存儲(chǔ)與控制邏輯、用于存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器、結(jié)構(gòu)寄存器、8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）發(fā)生器等八部分。

                                                        

圖3-9 DS18B20的封裝

3.3.3 DS18B20的工作原理

64位ROM的結(jié)構(gòu)如圖3-10所示，開(kāi)始8位是產(chǎn)品類(lèi)型的編號(hào)；接著是每個(gè)器件唯一的序號(hào)，共48位；最后8位是前面56位的CRC檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20可采用單線進(jìn)行通信的原因。非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器TH、TL，可以通過(guò)編程寫(xiě)入用戶報(bào)警上下線數(shù)據(jù)。

DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EEPROM。

高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)位9字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖2-12所示。前兩個(gè)字節(jié)包括測(cè)得溫度的信息。3、4字節(jié)是TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第5字節(jié)為配置寄存器，其內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換頻率，DS18B20工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)精度的數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖2-13，其低5位一直為1；TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在檢測(cè)模式，在DS18B20出廠時(shí)，該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動(dòng)；R1和R2決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，即用來(lái)設(shè)置分辨率，

單片機(jī)可以通過(guò)單線接口讀出該數(shù)據(jù)。的數(shù)據(jù)時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625℃/LSB形式表示。

表3-1是部分溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度表示數(shù)據(jù)。

表3-1 DS18B20溫度與表示值對(duì)應(yīng)表

                                

溫度/℃	二進(jìn)制	十六進(jìn)制
+125	0000 0111 1101 0000	07D0H
+85	0000 0101 0101 0000	0550H
+25.	0000 0001 1001 0001	0191H
+10.	0000 0000 1010 0010	00A2H
+0.5	0000 0000 0000 1000	0008H
0	0000 0000 0000 0000	0000H
-0.5	1111 1111 1111 1000	FFF8H
-10.	1111 1111 0101 1110	FF5EH
-25.	1111 1110 0110 1111	FF6FH
-55	1111 1100 1001 0000	FC90H

                        

DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測(cè)得的溫度值與RAM中的TH、TL字節(jié)內(nèi)容對(duì)照，若T>TH或T<TL，則將該器件內(nèi)的報(bào)警標(biāo)志位置位，并對(duì)主機(jī)發(fā)出的報(bào)警搜索命令做出響應(yīng)。因此，可以用多個(gè)DS18B20同時(shí)測(cè)得溫度并進(jìn)行報(bào)警搜索。

在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼（CRC）。主機(jī)根據(jù)ROM的前56位來(lái)計(jì)算CRC值，并與存入DS18B20的CRC值作比較，以判斷主機(jī)收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。

關(guān)于DS18B20的工作原理這里就不再多說(shuō)，有感興趣的可以查閱相關(guān)手冊(cè)。

DS18B20的編程指令

DS18B20的指令有：讀ROM（33H），匹配ROM（55H），跳過(guò)ROM（CCH），搜索ROM（F0H），報(bào)警搜索（ECH），穩(wěn)定轉(zhuǎn)換（44H），度暫存器（BEH），寫(xiě)暫存器（4EH），復(fù)制暫存器（48H），重調(diào)E2PROM（B8H），讀供電方式（B4H）。關(guān)于這些指令，這里也不再一一介紹，只把本設(shè)計(jì)用到的用法說(shuō)一下。

CCH-跳過(guò)ROM指令。忽略64位ROM地址，直接向DS18B20發(fā)溫度變換命令，適用于一個(gè)從機(jī)工作。

44H-溫度轉(zhuǎn)換指令。啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，12位轉(zhuǎn)換時(shí)最長(zhǎng)為750ms（9位93.75ms）。結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)的RAM中。

BEH-讀暫存器指令。讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)。

如圖2-14所示，是DS18B20在電路中的接發(fā)，本設(shè)計(jì)采用的是單獨(dú)電源供電方式，下面將介紹其工作時(shí)序，有工作時(shí)序圖可以很清楚的知道該這樣控制DS18B20。

                                                        

圖3-11 DS18B20的工作電路

3.3.3 DS18B20的工作時(shí)序

初始化時(shí)序，當(dāng)主機(jī)將單總線P30從邏輯高拉到邏輯低時(shí)，即啟動(dòng)一個(gè)寫(xiě)時(shí)隙，所有的寫(xiě)時(shí)隙必須在60~120us完成，且在每個(gè)循環(huán)之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間。寫(xiě)0和寫(xiě)1時(shí)隙如圖所示。在寫(xiě)0時(shí)隙期間，微控制器在整個(gè)時(shí)隙中將總線拉低；而寫(xiě)1時(shí)隙期間，微控制器將總線拉低，然后在時(shí)隙起始后15us之釋放總線。時(shí)序圖如圖3-15所示。

圖3-15 初始化時(shí)序圖

具體步驟如下：

（1）將數(shù)據(jù)線置高電平1。

（2）延時(shí)（時(shí)間應(yīng)盡量短些）。

（3）數(shù)據(jù)線拉到低電平0。

（4）延時(shí)750 μs(該范圍可以在480～960μs)。

（5）數(shù)據(jù)線拉置高電平1。

（6）延時(shí)等待。如果初始化成功則在15～60ms內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)由DS18B20返回的低電平0，據(jù)該狀態(tài)可以確定它的存在。但是應(yīng)注意，不能無(wú)限地等待，不然會(huì)使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以要進(jìn)行超時(shí)判斷。若CPU讀到數(shù)據(jù)線上的低電平0后，還要進(jìn)行延時(shí)，其延時(shí)的時(shí)間從發(fā)出高電平算起（第5）步的時(shí)間算起）最少要480μs。

（7）將數(shù)據(jù)線再次拉置高電平1后結(jié)束。

1.數(shù)據(jù)時(shí)序

當(dāng)主機(jī)將單總線P30從邏輯高拉到邏輯低時(shí)，即啟動(dòng)一個(gè)寫(xiě)時(shí)隙，所有的寫(xiě)時(shí)隙必須在60~120us完成，且在每個(gè)循環(huán)之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間。寫(xiě)0和寫(xiě)1時(shí)隙如圖所示。在寫(xiě)0時(shí)隙期間，微控制器在整個(gè)時(shí)隙中將總線拉低；而寫(xiě)1時(shí)隙期間，微控制器將總線拉低，然后在時(shí)隙起始后15us之釋放總線。時(shí)序圖見(jiàn)圖3-16所示。

圖3-16 寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)序圖

具體步驟如下：

（1）數(shù)據(jù)線先置低電平0。

（2）延時(shí)確定時(shí)間為15μs。按從低位到高位的順序發(fā)送數(shù)據(jù)（一次只發(fā)送一位）。

（3）延時(shí)時(shí)間為45μs。

（4）將數(shù)據(jù)線拉到高電平1。

（5）重復(fù)（1）～（5）步驟，直到發(fā)送完整個(gè)字節(jié)。

（6）最后將數(shù)據(jù)線拉高到1。

2.讀數(shù)據(jù)時(shí)序

DS18B20器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)隙時(shí)，才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。所以在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)隙，以便DS18B20能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有的讀時(shí)隙至少需要60us，且在兩次獨(dú)立的讀時(shí)隙之間，至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間。每個(gè)讀時(shí)隙都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線1us。在主機(jī)發(fā)起讀時(shí)隙之后，DS18B20器件才開(kāi)始在總線上發(fā)送0或1，若DS18B20發(fā)送1，則保持總線為高電平。若發(fā)送為0，則拉低總線當(dāng)發(fā)送0時(shí)，DS18B20在該時(shí)隙結(jié)束后，釋放總線，由上拉電阻將總線拉回至高電平狀態(tài)。DS18B20發(fā)出的數(shù)據(jù)，在起始時(shí)隙之后保持有效時(shí)間為15us。因而主機(jī)在讀時(shí)隙期間，必須釋放總線。并且在時(shí)隙起始后的15us之內(nèi)采樣總線的狀態(tài)。時(shí)序圖見(jiàn)圖3-17所示。

圖3-17 讀數(shù)據(jù)時(shí)序圖

具體步驟如下:

（1）將數(shù)據(jù)線拉高到1。

（2）延時(shí)2μs。

（3）將數(shù)據(jù)線拉低到0。

（4）延時(shí)6μs。

（5）將數(shù)據(jù)線拉高到1。

（6）延時(shí)4μs。

（7）讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到一個(gè)狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

（8）延時(shí)6μs。

（9）重復(fù)（1）～（7）步驟，直到讀取完一個(gè)數(shù)據(jù)。

3.4.1 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路

本電路的顯示驅(qū)動(dòng)模塊是由74HC573芯片來(lái)完成的，74HC573包含八路D 型透明鎖存器，每個(gè)鎖存器具有獨(dú)立的D 型輸入，以及適用于面向總線的應(yīng)用的三態(tài)輸出。所有鎖存器共用一個(gè)鎖存使能（LE）端和一個(gè)輸出使能（OE）端。
　　當(dāng)LE為高時(shí)，數(shù)據(jù)從Dn輸入到鎖存器，在此條件下，鎖存器進(jìn)入透明模式，也就是說(shuō)，鎖存器的輸出狀態(tài)將會(huì)隨著對(duì)應(yīng)的D輸入每次的變化而改變。當(dāng)LE為低時(shí)，鎖存器將存儲(chǔ)D輸入上的信息一段就緒時(shí)間，直到LE的下降沿來(lái)臨。
　　當(dāng)OE為低時(shí)，8個(gè)鎖存器的內(nèi)容可被正常輸出；當(dāng)OE為高時(shí)，輸出進(jìn)入高阻態(tài)。OE端的操作不會(huì)影響鎖存器的狀態(tài)。

74HC573特性：

（1）輸入輸出分布在芯片封裝的兩側(cè)，為微處理器提供簡(jiǎn)便的接口

（2）用于微控制器和微型計(jì)算機(jī)的輸入輸出口

（3）三態(tài)正相輸出，用于面向總線的應(yīng)用

（4）共用三態(tài)輸出使能端

（5）邏輯功能與74HC563、74HC373相同

（6）遵循JEDEC標(biāo)準(zhǔn)no.7A

（7）ESD保護(hù)

3.4.2 數(shù)碼管顯示電路

本電路的顯示模塊主要由一個(gè)4位一體的7段LED數(shù)碼管構(gòu)成，用于顯示測(cè)量到的溫度及當(dāng)前的檔位。它是一個(gè)共陰極的數(shù)碼管，每一位數(shù)碼管的a,b,c,d,e,f,g和dp端都各自連接在一起，用于接收單片機(jī)的P0口產(chǎn)生的顯示段碼。S1，S2，S3，S4引腳端為其位選端，用于接收單片機(jī)的P2口產(chǎn)生的位選碼。本系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)掃描方式。掃描方式是用其接口電路把所有數(shù)碼管的8個(gè)比劃段a~g和dp同名端連在一起，而每一個(gè)數(shù)碼管的公共極COM各自獨(dú)立地受I/O線控制。CUP從字段輸出口送出字型碼時(shí)，所有數(shù)碼管接收到相同的字型碼，但究竟是哪個(gè)數(shù)碼管亮，則取決于COM端。COM端與單片機(jī)的I/O接口相連接，由單片機(jī)輸出位位選碼到I/O接口，控制何時(shí)哪一位數(shù)碼管被點(diǎn)亮。在輪流點(diǎn)亮數(shù)碼管的位掃描過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間極為短暫。但由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，給人的印象就是一組穩(wěn)定顯示的數(shù)碼。動(dòng)態(tài)方式的優(yōu)點(diǎn)是十分明顯的，即耗電省，在動(dòng)態(tài)掃描過(guò)程中，任何時(shí)刻只有一個(gè)數(shù)碼管是處于工作狀態(tài)的。具體原理圖如圖3-18所示

                                                        

圖3-18 數(shù)碼管顯示電路

風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)采用的是兩個(gè)三極管，三級(jí)管將信號(hào)放大，然后傳輸?shù)斤L(fēng)扇下圖是該模塊電路：

                                                        

圖3-19 風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)模塊

三極管是電流放大器件，有三個(gè)極，分別叫做集電極C，基極B，發(fā)射極E。分成NPN和PNP兩種。我們僅以NPN三極管的共發(fā)射極放大電路為例來(lái)說(shuō)明一下三極管放大電路的基本原理。

（1）電流放大

下面的分析僅對(duì)于NPN型硅三極管。如上圖所示，我們把從基極B流至發(fā)射極E的電流叫做基極電流Ib；把從集電極C流至發(fā)射極E的電流叫做集電極電流 Ic。這兩個(gè)電流的方向都是流出發(fā)射極的，所以發(fā)射極E上就用了一個(gè)箭頭來(lái)表示電流的方向。三極管的放大作用就是：集電極電流受基極電流的控制（假設(shè)電源 能夠提供給集電極足夠大的電流的話），并且基極電流很小的變化，會(huì)引起集電極電流很大的變化，且變化滿足一定的比例關(guān)系：集電極電流的變化量是基極電流變 化量的β倍，即電流變化被放大了β倍，所以我們把β叫做三極管的放大倍數(shù)（β一般遠(yuǎn)大于1，例如幾十，幾百）。如果我們將一個(gè)變化的小信號(hào)加到基極跟發(fā)射 極之間，這就會(huì)引起基極電流Ib的變化，Ib的變化被放大后，導(dǎo)致了Ic很大的變化。如果集電極電流Ic是流過(guò)一個(gè)電阻R的，那么根據(jù)電壓計(jì)算公式 U=R*I 可以算得，這電阻上電壓就會(huì)發(fā)生很大的變化。我們將這個(gè)電阻上的電壓取出來(lái)，就得到了放大后的電壓信號(hào)了。

（2）偏置電路

三極管在實(shí)際的放大電路中使用時(shí)，還需要加合適的偏置電路。這有幾個(gè)原因。首先是由于三極管BE結(jié)的非線性（相當(dāng)于一個(gè)二極管），基極電流必須在輸入電壓 大到一定程度后才能產(chǎn)生（對(duì)于硅管，常取0.7V）。當(dāng)基極與發(fā)射極之間的電壓小于0.7V時(shí)，基極電流就可以認(rèn)為是0。但實(shí)際中要放大的信號(hào)往往遠(yuǎn)比 0.7V要小，如果不加偏置的話，這么小的信號(hào)就不足以引起基極電流的改變（因?yàn)樾∮?.7V時(shí)，基極電流都是0）。如果我們事先在三極管的基極上加上一 個(gè)合適的電流（叫做偏置電流，上圖中那個(gè)電阻Rb就是用來(lái)提供這個(gè)電流的，所以它被叫做基極偏置電阻），那么當(dāng)一個(gè)小信號(hào)跟這個(gè)偏置電流疊加在一起時(shí)，小 信號(hào)就會(huì)導(dǎo)致基極電流的變化，而基極電流的變化，就會(huì)被放大并在集電極上輸出。另一個(gè)原因就是輸出信號(hào)范圍的要求，如果沒(méi)有加偏置，那么只有對(duì)那些增加的 信號(hào)放大，而對(duì)減小的信號(hào)無(wú)效（因?yàn)闆](méi)有偏置時(shí)集電極電流為0，不能再減小了）。而加上偏置，事先讓集電極有一定的電流，當(dāng)輸入的基極電流變小時(shí)，集電極 電流就可以減小；當(dāng)輸入的基極電流增大時(shí)，集電極電流就增大。這樣減小的信號(hào)和增大的信號(hào)都可以被放大了。

（3）開(kāi)關(guān)作用

下面說(shuō)說(shuō)三極管的飽和情況。像上面那樣的圖，因?yàn)槭艿诫娮?Rc的限制（Rc是固定值，那么最大電流為U/Rc，其中U為電源電壓），集電極電流是不能無(wú)限增加下去的。當(dāng)基極電流的增大，不能使集電極電流繼續(xù)增大 時(shí)，三極管就進(jìn)入了飽和狀態(tài)。一般判斷三極管是否飽和的準(zhǔn)則是：Ib*β〉Ic。進(jìn)入飽和狀態(tài)之后，三極管的集電極跟發(fā)射極之間的電壓將很小，可以理解為 一個(gè)開(kāi)關(guān)閉合了。這樣我們就可以拿三極管來(lái)當(dāng)作開(kāi)關(guān)使用：當(dāng)基極電流為0時(shí)，三極管集電極電流為0（這叫做三極管截止），相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)；當(dāng)基極電流很 大，以至于三極管飽和時(shí)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合。如果三極管主要工作在截止和飽和狀態(tài)，那么這樣的三極管我們一般把它叫做開(kāi)關(guān)管。

                                                        

圖3-20 三極管引腳介紹

單片機(jī)鍵盤(pán)有獨(dú)立鍵盤(pán)和矩陣式鍵盤(pán)兩種：獨(dú)立鍵盤(pán)每一個(gè)I/O 口上只接一個(gè)按鍵，按鍵的另一端接電源或接地（一般接地），這種接法程序比較簡(jiǎn)單且系統(tǒng)更加穩(wěn)定；而矩陣式鍵盤(pán)式接法程序比較復(fù)雜，但是占用的I/O少。根據(jù)本設(shè)計(jì)的需要這里選用了獨(dú)立式鍵盤(pán)接法。

獨(dú)立式鍵盤(pán)的實(shí)現(xiàn)方法是利用單片機(jī)I/O口讀取口的電平高低來(lái)判斷是否有鍵按下。將常開(kāi)按鍵的一端接地，另一端接一個(gè)I/O 口，程序開(kāi)始時(shí)將此I/O口置于高電平，平時(shí)無(wú)鍵按下時(shí)I/O口保護(hù)高電平。當(dāng)有鍵按下時(shí)，此I/O 口與地短路迫使I/O 口為低電平。按鍵釋放后，單片機(jī)內(nèi)部的上拉電阻使I/O口仍然保持高電平。我們所要做的就是在程序中查尋此I/O口的電平狀態(tài)就可以了解我們是否有按鍵動(dòng)作了。

在用單片機(jī)對(duì)鍵盤(pán)處理的時(shí)候涉及到了一個(gè)重要的過(guò)程，那就是鍵盤(pán)的去抖動(dòng)。這里說(shuō)的抖動(dòng)是機(jī)械的抖動(dòng)，是當(dāng)鍵盤(pán)在未按到按下的臨界區(qū)產(chǎn)生的電平不穩(wěn)定正常現(xiàn)象，并不是我們?cè)诎存I時(shí)通過(guò)注意可以避免的。這種抖動(dòng)一般10~200毫秒之間，這種不穩(wěn)定電平的抖動(dòng)時(shí)間對(duì)于人來(lái)說(shuō)太快了，而對(duì)于時(shí)鐘是微秒的單片機(jī)而言則是慢長(zhǎng)的。硬件去抖動(dòng)就是用部分電路對(duì)抖動(dòng)部分加之處理，軟件去抖動(dòng)不是去掉抖動(dòng)，而是避抖動(dòng)部分的時(shí)間，等鍵盤(pán)穩(wěn)定了再對(duì)其處理。所以這里選擇了軟件去抖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)法是先查尋按鍵當(dāng)有低電平出現(xiàn)時(shí)立即延時(shí)10~200毫秒以避開(kāi)抖動(dòng)（經(jīng)典值為20毫秒），延時(shí)結(jié)束后再讀一次I/O 口的值，這一次的值如果為1 表示低電平的時(shí)間不到10~200 毫秒，視為干擾信號(hào)。當(dāng)讀出的值是0時(shí)則表示有按鍵按下，調(diào)用相應(yīng)的處理程序。硬件電路如圖3-21所示：

                                                        

圖3-21 按鍵模塊電路圖

第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 軟件介紹

4.1.1 Keil C51

Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用C來(lái)開(kāi)發(fā)，體會(huì)更加深刻。   Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。下面詳細(xì)介紹Keil C51開(kāi)發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。 Keil_c軟件界面如圖4-1所示

圖4-1 Keil_c軟件界面

4.1.2 Protel99SE

Protel99SE是PORTEL公司在80年代末推出的EDA軟件。Protel99SE是應(yīng)用于Windows9X/2000/NT操作系統(tǒng)下的EDA設(shè)計(jì)軟件，采用設(shè)計(jì)庫(kù)管理模式，可以網(wǎng)設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力和開(kāi)放性及3D模擬功能，是一個(gè)32位的設(shè)計(jì)軟件，可以完成電路原理圖設(shè)計(jì)，印制電路板設(shè)計(jì)和可編程邏輯器件設(shè)計(jì)等工作，可以設(shè)計(jì)32個(gè)信號(hào)層，16個(gè)電源--地層和16個(gè)機(jī)加工層。

Protel99SE軟件的特點(diǎn)：

(1)              可生成30多種格式的電氣連接網(wǎng)絡(luò)表；

(2)              強(qiáng)大的全局編輯功能；

(3)              在原理圖中選擇一級(jí)器件，PCB中同樣的器件也將被選中；

(4)              同時(shí)運(yùn)行原理圖和PCB，在打開(kāi)的原理圖和PCB圖間允許雙向交叉查找元器件、引腳、網(wǎng)絡(luò)

(5)              既可以進(jìn)行正向注釋元器件標(biāo)號(hào)（由原理圖到PCB），也可以進(jìn)行反向注釋?zhuān)ㄓ蒔CB到原理圖），以保持電氣原理圖和PCB在設(shè)計(jì)上的一致性；

(6)              滿足國(guó)際化設(shè)計(jì)要求（包括國(guó)標(biāo)標(biāo)題欄輸出，GB4728國(guó)標(biāo)庫(kù)）； * 方便易用的數(shù)模混合仿真（兼容SPICE 3f5）；

(7)              支持用CUPL語(yǔ)言和原理圖設(shè)計(jì)PLD，生成標(biāo)準(zhǔn)的JED下載文件； * PCB可設(shè)計(jì)32個(gè)信號(hào)層，16個(gè)電源-地層和16個(gè)機(jī)加工層；

(8)              強(qiáng)大的“規(guī)則驅(qū)動(dòng)”設(shè)計(jì)環(huán)境，符合在線的和批處理的設(shè)計(jì)規(guī)則檢查；

(9)              智能覆銅功能，覆鈾可以自動(dòng)重鋪；

(10)提供大量的工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)電路板做為設(shè)計(jì)模版； Protel99SE的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面，如圖所示，包括：標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對(duì)象選擇按鈕、預(yù)覽對(duì)象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對(duì)象選擇器窗口、圖形編輯窗口。

                                

圖4-2 Prtel99SE軟件界面

4.1.3 Proteus

Proteus是目前最好的模擬單片機(jī)外圍器件的工具，可以仿真51 系列、AVR，PIC 等常用的MCU 及其外圍電路（如LCD，RAM，ROM，鍵盤(pán)，馬達(dá)，LED，AD/DA，部分SPI 器件，部分IIC 器件）

Proteus 與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī)CPU 的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒(méi)有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時(shí)，關(guān)心的不再是某些語(yǔ)句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過(guò)程和結(jié)果。對(duì)于這樣的仿真實(shí)驗(yàn)，從某種意義上講，是彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。

運(yùn)行proteus 的ISIS 程序后，進(jìn)入該仿真軟件的主界面。在工作前，要設(shè)置view 菜單下的捕捉對(duì)齊和system下的顏色、圖形界面大小等項(xiàng)目。通過(guò)工具欄中的p(從庫(kù)中選擇元件命令)命令，在pick devices 窗口中選擇電路所需的元件，放置元件并調(diào)整其相對(duì)位置，元件參數(shù)設(shè)置，元器件間連線，編寫(xiě)程序；在source 菜單的Definecode generation tools 菜單命令下，選擇程序編譯的工具、路徑、擴(kuò)展名等項(xiàng)目；在source 菜單的Add/removesource files 命令下，加入單片機(jī)硬件電路的對(duì)應(yīng)程序；通過(guò)debug 菜單的相應(yīng)命令仿真程序和電路的運(yùn)行情況。

對(duì)于一個(gè)仿真軟件或?qū)嶒?yàn)室，測(cè)試的儀器儀表的數(shù)量、類(lèi)型和質(zhì)量，是衡量實(shí)驗(yàn)室是否合格的一個(gè)關(guān)鍵因素。在Proteus 軟件包中，不存在同類(lèi)儀表使用數(shù)量的問(wèn)題。Proteus 還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)，其作用與示波器相似但功能更多。

Proteus 提供了比較豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。對(duì)于單片機(jī)硬件電路和軟件的調(diào)試，Proteus 提供了兩種方法：一種是系統(tǒng)總體執(zhí)行效果，一種是對(duì)軟件的分步調(diào)試以看具體的執(zhí)行情況。

對(duì)于總體執(zhí)行效果的調(diào)試方法，只需要執(zhí)行debug 菜單下的execute 菜單項(xiàng)或F12 快捷鍵啟動(dòng)執(zhí)行，用debug菜單下的pause animation 菜單項(xiàng)或pause 鍵暫停系統(tǒng)的運(yùn)行；或用debug 菜單下的stop animation 菜單項(xiàng)或shift-break 組合鍵停止系統(tǒng)的運(yùn)行。其運(yùn)行方式也可以選擇工具欄中的相應(yīng)工具進(jìn)行。

對(duì)于軟件的分步調(diào)試，應(yīng)先執(zhí)行debug 菜單下的start/restart debugging 菜單項(xiàng)命令，此時(shí)可以選擇stepover 、step into 和 step out 命令執(zhí)行程序(可以用快捷鍵F10、F11 和ctrl+F11)，執(zhí)行的效果是單句執(zhí)行、進(jìn)入子程序執(zhí)行和跳出子程序執(zhí)行。在執(zhí)行了start / restart debuging 命令后，在debug 菜單的下面要出現(xiàn)仿真中所涉及到的軟件列表和單片機(jī)的系統(tǒng)資源等，可供調(diào)試時(shí)分析和查看。

                                                        

圖4-3 proteus軟件界面

4.2 主程序流程圖

要實(shí)現(xiàn)根據(jù)當(dāng)前溫度實(shí)時(shí)的控制風(fēng)扇的狀態(tài)，需要在程序中不時(shí)的判斷當(dāng)前溫度值是否超過(guò)設(shè)定的動(dòng)作溫度值范圍。由于單片機(jī)的工作頻率高達(dá)12MHz，在執(zhí)行程序時(shí)不斷將當(dāng)前溫度和設(shè)定動(dòng)作溫度進(jìn)行比較判斷，當(dāng)超過(guò)設(shè)定溫度值范圍時(shí)及時(shí)的轉(zhuǎn)去執(zhí)行超溫處理和欠溫處理子程序，控制風(fēng)扇實(shí)時(shí)的切換到關(guān)閉、弱風(fēng)、大風(fēng)三個(gè)狀態(tài)。

顯示驅(qū)動(dòng)程序以查七段碼取得各數(shù)碼管應(yīng)顯數(shù)字，逐位掃描顯示。主程序流程圖如圖4-4所示。

                                                        

圖4-4 主程序流程圖

4.3 DS18B20子程序流程圖

先對(duì)DS18B20初始化，再進(jìn)行ROM操作命令，最后才能對(duì)存儲(chǔ)器操作，數(shù)據(jù)操作。DS18B20每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時(shí)序和通信協(xié)議。如主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過(guò)程，根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個(gè)步驟：每一次讀寫(xiě)之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。

圖4-5 DS18B20程序流程圖

4.4 數(shù)碼管顯示子程序流程圖

程序?qū)崿F(xiàn)的功能是將從DS18B20讀取的二進(jìn)制溫度值轉(zhuǎn)換為七段碼在LED上顯示出來(lái)。顯示方式采用的是動(dòng)態(tài)掃描的方式，先給位選信號(hào)，再給段選信號(hào)，然后延時(shí)一下。具體流程圖如圖4-6

                                
圖4-6 數(shù)碼管顯示程序流程圖

4.5 按鍵子程序流程圖

硬件設(shè)計(jì)上為通過(guò)3個(gè)按鍵，由按鍵掃描子程序KEYSCAN子程序提供軟件支持。按下一次設(shè)置鍵K1，進(jìn)入溫度上限設(shè)置，此時(shí)按下“加”鍵K2，加一，按下“減”鍵K3，減1。再按一次設(shè)置鍵K2，進(jìn)入溫度下限設(shè)置狀態(tài)，此時(shí)按下“加”鍵K2，加一，按下“減”鍵K3，減1。下限動(dòng)作溫度值TL和上限動(dòng)作溫度值的設(shè)置范圍為10-100攝氏度，滿足一般使用要求。再按一次設(shè)置鍵K3退出上下限溫度設(shè)置狀態(tài)。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                
圖4-7 按鍵程序流程圖

5.1 軟硬件調(diào)試

5.1.1 按鍵顯示部分的調(diào)試

起初根據(jù)設(shè)計(jì)編寫(xiě)的系統(tǒng)程序：程序的鍵盤(pán)接口采用P3口，數(shù)碼管顯示采用P0口控制LED的斷碼，P2口控制LED的位碼，從而實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)功能及數(shù)碼管的顯示。經(jīng)過(guò)編譯沒(méi)有出錯(cuò)，但在仿真調(diào)試時(shí)，數(shù)碼管顯示的只是亂碼，沒(méi)有正確的顯示溫度，按鍵功能也不靈，當(dāng)按下鍵時(shí)，顯示會(huì)變化很多次。

經(jīng)過(guò)查找分析，發(fā)現(xiàn)鍵盤(pán)掃描程序沒(méi)有沒(méi)有按鍵消抖部分，按鍵在按下與松手時(shí)，都會(huì)有一定程度的抖動(dòng)，從而可能使單片機(jī)做出錯(cuò)誤的判斷，導(dǎo)致按鍵條件預(yù)設(shè)溫度時(shí)失靈，甚至根本不能正常工作。因此必須在按鍵掃描程序中加入消抖部分，即在按鍵按下與松手時(shí)加入延時(shí)判斷，以檢測(cè)鍵盤(pán)是否真的按下或已完全松手。

數(shù)碼管不能正確的顯示，主要是因?yàn)樗�以�?shù)碼管的段碼都由P0口傳送，而數(shù)碼管顯示又采用了動(dòng)態(tài)掃描的方式，但在程序中卻沒(méi)有設(shè)置顯示段碼的暫存器，導(dǎo)致當(dāng)P0口傳送段碼時(shí)發(fā)生混亂，不能正確識(shí)別段碼。應(yīng)在系統(tǒng)中加入鎖存器，或是在程序中設(shè)定存儲(chǔ)段碼的空間。

在鍵盤(pán)加入了消抖程序，數(shù)碼管顯示程序中加入了段碼的存儲(chǔ)空間后，數(shù)碼管能夠正常的顯示，按鍵也能夠工作，達(dá)到了較好的效果。

5.1.2 傳感器DS18B20溫度采集部分調(diào)試

由于數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20的高度集成化，為軟件的設(shè)計(jì)和調(diào)試帶來(lái)了極大的簡(jiǎn)便，小體積、低功耗、高精度為控制電機(jī)的精度和穩(wěn)定提供了可能。軟件設(shè)計(jì)采用P1.6口為數(shù)字溫度輸入口，但是需要對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理后才能顯示，從而多了溫度轉(zhuǎn)換程序。通過(guò)軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境溫度的連續(xù)檢測(cè)，由于硬件LED個(gè)數(shù)的限制，只顯示了預(yù)設(shè)溫度的整數(shù)部分。

在溫度轉(zhuǎn)換程序中，為了能夠正確的檢測(cè)并顯示溫度的小數(shù)位，程序中把檢測(cè)的溫度與10相乘后，再按一個(gè)三位的整數(shù)來(lái)處理。如把24.5變?yōu)?45來(lái)處理，這樣為程序的編寫(xiě)帶來(lái)了方便。

系統(tǒng)調(diào)試中為驗(yàn)證DS18B20是否能在系統(tǒng)板上工作，將手心靠攏或者捏住芯片，即可發(fā)現(xiàn)LED顯示的前兩位溫度也迅速升高，驗(yàn)證了DS18B20能在系統(tǒng)板上工作。由于DS18B20為3個(gè)引腳，因此在調(diào)試過(guò)程中因注意其各個(gè)引腳的對(duì)應(yīng)位置，以免將其接反而是芯片不能工作甚至燒毀芯片。

5.1.3 風(fēng)扇調(diào)速電路部分調(diào)試

在本設(shè)計(jì)中，采用了三極管驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，軟件設(shè)置了P1.0口輸出不同的PWM波形，通過(guò)三極管的放大作用驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)軟件中程序設(shè)定，根據(jù)不同溫度輸出不同的PWM波，從而得到不同的占空比控制風(fēng)扇直流電機(jī)。程序?qū)崿F(xiàn)了P1.0口的PWM波形輸出，當(dāng)外界溫度低于設(shè)置溫度時(shí)，電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)或自動(dòng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)外界溫度高于設(shè)置溫度時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速升高或是自動(dòng)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。

在本系統(tǒng)中風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速可實(shí)現(xiàn)兩級(jí)調(diào)速。通過(guò)溫度傳感器檢測(cè)的溫度與系統(tǒng)預(yù)設(shè)溫度值的比較，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速變換。

5.2 系統(tǒng)功能

5.2.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)環(huán)境溫度的變化，然后根據(jù)環(huán)境溫度和設(shè)置的閥值來(lái)控制風(fēng)扇直流電機(jī)輸入占空比的變化，從而產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，亦可根據(jù)鍵盤(pán)調(diào)節(jié)不同的設(shè)置溫度，再由環(huán)境溫度與設(shè)置溫度的差值來(lái)控制電機(jī)。當(dāng)環(huán)境溫度低于設(shè)置溫度時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)環(huán)境溫度高于設(shè)置溫度時(shí)，單片機(jī)對(duì)應(yīng)輸出口輸出不同占空比的PWM信號(hào)，控制電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，系統(tǒng)還能動(dòng)態(tài)的顯示當(dāng)前溫度和當(dāng)前的檔位，并能通過(guò)鍵盤(pán)調(diào)節(jié)當(dāng)前的設(shè)置溫度。

5.2.2 系統(tǒng)功能分析

系統(tǒng)總體上由四部分來(lái)組成，既按鍵電路、數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)顯示電路、溫度檢測(cè)電路、風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路。首先考濾的是溫度檢測(cè)電路，該部分是整個(gè)系統(tǒng)的首要部分，首先要檢測(cè)到環(huán)境溫度，才能用單片機(jī)來(lái)判斷溫度的高低，然后通過(guò)單片機(jī)控制直流風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速；其次是電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，該部分需要使用外圍電路將單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)轉(zhuǎn)化為平均電壓輸出，根據(jù)不同的PWM波形得到不同的平均電壓，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，電路的設(shè)計(jì)中采用了兩個(gè)三極管組成復(fù)合管驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)較好的控制效果；再次是數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示電路，該部分的功能實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度和檔位的顯示，其中DS18B20采集環(huán)境溫度，按鍵實(shí)現(xiàn)不同設(shè)置溫度的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境溫度和檔位的及時(shí)連續(xù)顯示。

結(jié)　論

本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，以溫度傳感器DS18B20檢測(cè)環(huán)境溫度，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)環(huán)境溫度變化調(diào)節(jié)不同的風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)速，LED數(shù)碼管能連續(xù)穩(wěn)定的顯示環(huán)境溫度和檔位，并能通過(guò)三個(gè)獨(dú)立按鍵調(diào)節(jié)不同的設(shè)置溫度，從而改變環(huán)境溫度與設(shè)置溫度的差值，進(jìn)而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的溫控風(fēng)扇的設(shè)計(jì)。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)可推廣到各種電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。在生產(chǎn)生活中，本系統(tǒng)可用于簡(jiǎn)單的日常風(fēng)扇的智能控制，為生活帶來(lái)便利；在工業(yè)生產(chǎn)中，可以改變不同的輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同信號(hào)輸入控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化，如在電力系統(tǒng)中可以根據(jù)不同的負(fù)荷達(dá)到不同的電壓信號(hào)，再由電壓信號(hào)調(diào)節(jié)不同的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)發(fā)電量，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化調(diào)節(jié)。綜上所述，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究在社會(huì)生產(chǎn)和生活中具有重要地位。

謝 辭



畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這里，首先要衷心地感謝李志先老師一直以來(lái)對(duì)我們的指導(dǎo)和幫助。正是在他淵博的專(zhuān)業(yè)知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲凶黠L(fēng)的帶動(dòng)下，我們才能順利地完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)。在論文階段，從選題到后來(lái)課件制作和論文撰寫(xiě)階段，老師幫我耐心分析及細(xì)心的指導(dǎo)，時(shí)刻關(guān)心我畢業(yè)設(shè)計(jì)工作的進(jìn)展，幫助我把握研究方向和解決研究中遇到的許多問(wèn)題。使我能夠順利的完成論文工作，把自己的工作總結(jié)提煉出來(lái)。

在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，這四年學(xué)得的大部分知識(shí)得到了充分的應(yīng)用，以前沒(méi)有完全掌握的難點(diǎn)得到了解決。同時(shí)，將理論和實(shí)踐更好地結(jié)合起來(lái)，培養(yǎng)了我們實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)，進(jìn)一步提高了自己的自學(xué)能力。這對(duì)即將完全踏入社會(huì)的我們來(lái)說(shuō)，是一個(gè)很大的收獲。

最后，我要感謝洛陽(yáng)理工學(xué)院，在這里，我們不但學(xué)到了豐富的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和多方面的能力，更學(xué)到了如何做人處事。這將是我人生中一筆巨大的財(cái)富。在此，我向?qū)W校的每一位老師致以最真誠(chéng)的謝意！并祝愿洛陽(yáng)理工學(xué)院的明天更加的輝煌！

附　錄                        

附錄1：protel原理圖

                                                        

附錄2：proteus仿真圖