第6章單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 第六章單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)第六章單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6.1.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)由于體積小，使用靈活，成本低，易于產(chǎn)品化，單片機(jī)由于體積小，使用靈活，成本低，易于產(chǎn)品化， 抗干擾能力強(qiáng)，可在各種惡劣的環(huán)境下可靠工作等優(yōu)點(diǎn)，?？垢蓴_能力強(qiáng)，可在各種惡劣的環(huán)境下可靠工作等優(yōu)點(diǎn)，常 用于：用于：工業(yè)測控、智能儀器儀表、智能產(chǎn)品、計(jì)算機(jī)外設(shè)工業(yè)測控、智能儀器儀表、智能產(chǎn)品、計(jì)算機(jī)外設(shè)等等 方面。方面。 其典型應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)包括其典型應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)包括單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)、前向、前向傳感器輸入傳感器輸入通通 道，后向道，后向伺服控制輸出伺服控制輸出

2、通道以及基本的通道以及基本的人機(jī)對話人機(jī)對話通道。對多通道。對多 機(jī)系統(tǒng)還包括機(jī)系統(tǒng)還包括單片機(jī)與單片機(jī)、單片機(jī)與單片機(jī)與單片機(jī)、單片機(jī)與pc機(jī)機(jī)之間進(jìn)行通信之間進(jìn)行通信 的互相通道。的互相通道。 6.1 概述概述p189 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 圖圖6.1 典型單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)典型單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 一、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)一、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu) 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 二、前向通道的組成及其特點(diǎn)二、前向通道的組成及其特點(diǎn) 前向通道是單片機(jī)與測控對象相連的部分，是應(yīng)用系統(tǒng)的前向通道是單片機(jī)與測控對象相連的部分，是應(yīng)用系統(tǒng)的 數(shù)據(jù)采集的輸入通道。數(shù)據(jù)采集

3、的輸入通道。 來自被控對象的現(xiàn)場信息有多種多樣。按物理量的特征可來自被控對象的現(xiàn)場信息有多種多樣。按物理量的特征可 分為分為模擬量和數(shù)字量模擬量和數(shù)字量（開關(guān)量）兩種。（開關(guān)量）兩種。 對于數(shù)字量對于數(shù)字量(頻率、周期、相位、脈沖頻率、周期、相位、脈沖)的采集，輸入比較簡的采集，輸入比較簡 單。它們可直接作為計(jì)數(shù)輸入、測試輸入、單。它們可直接作為計(jì)數(shù)輸入、測試輸入、i/o口輸入或中斷源輸口輸入或中斷源輸 入進(jìn)行事件計(jì)數(shù)、定時計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)脈沖的頻率、周期、相位及記入進(jìn)行事件計(jì)數(shù)、定時計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)脈沖的頻率、周期、相位及記 數(shù)測量。對于開關(guān)量的采集，可通過數(shù)測量。對于開關(guān)量的采集，可通過i/o口線或擴(kuò)

4、展口線或擴(kuò)展i/o 口線直接口線直接 輸入。對于被控對象，一般是交變電流、交變電壓、大電流、高輸入。對于被控對象，一般是交變電流、交變電壓、大電流、高 電壓系統(tǒng)，而單片機(jī)屬于數(shù)字弱電系統(tǒng)，因此在數(shù)字量和開關(guān)量電壓系統(tǒng)，而單片機(jī)屬于數(shù)字弱電系統(tǒng)，因此在數(shù)字量和開關(guān)量 采集通道中，要用隔離器件進(jìn)行采集通道中，要用隔離器件進(jìn)行隔離隔離(如光電耦元器件等如光電耦元器件等)。 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 模擬信號采集的前向通道組成模擬信號采集的前向通道組成 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 變換器變換器：變換器是各種傳感器的總稱，它采集現(xiàn)場的各種信：變換器是各種傳感器的總稱，它采集現(xiàn)場的各

5、種信 號，并變換成電信號號，并變換成電信號(電壓信號或電流信號電壓信號或電流信號)，以滿足單片機(jī)的，以滿足單片機(jī)的 輸入要求?，F(xiàn)場信號有各種各樣，有電信號，如電壓、電流、輸入要求?，F(xiàn)場信號有各種各樣，有電信號，如電壓、電流、 電磁量等；也有非電量信號，如溫度、濕度、壓力、流量、電磁量等；也有非電量信號，如溫度、濕度、壓力、流量、 位移量等，對于不同物理量應(yīng)選擇相應(yīng)的傳感器。位移量等，對于不同物理量應(yīng)選擇相應(yīng)的傳感器。 隔離放大與濾波隔離放大與濾波：傳感器的輸出信號一般是比較微弱的，不：傳感器的輸出信號一般是比較微弱的，不 能滿足單片機(jī)系統(tǒng)的輸入要求，要經(jīng)過放大處理后才能作為能滿足單片機(jī)系統(tǒng)的輸

6、入要求，要經(jīng)過放大處理后才能作為 單片機(jī)系統(tǒng)的采集輸入信號。還有，現(xiàn)場信息來自各種工業(yè)單片機(jī)系統(tǒng)的采集輸入信號。還有，現(xiàn)場信息來自各種工業(yè) 現(xiàn)場，夾帶大量的噪音干擾信號。為提高單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的現(xiàn)場，夾帶大量的噪音干擾信號。為提高單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的 可靠性必須隔離或削減干擾信號，這是整個系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)可靠性必須隔離或削減干擾信號，這是整個系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì) 的重點(diǎn)部位。的重點(diǎn)部位。 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 采樣保持器采樣保持器：前向通道中的采樣保持器有兩個作用。一是：前向通道中的采樣保持器有兩個作用。一是 實(shí)現(xiàn)多路模擬信號的同時采集；二是消除實(shí)現(xiàn)多路模擬信號的同時采集；二是消除a/d轉(zhuǎn)換

7、器的轉(zhuǎn)換器的孔孔 徑誤差徑誤差。 一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)都是用一個一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)都是用一個a/d轉(zhuǎn)換器分時對多路轉(zhuǎn)換器分時對多路 模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換并輸入給單片機(jī)，而控制系統(tǒng)又要求單模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換并輸入給單片機(jī)，而控制系統(tǒng)又要求單 片機(jī)對同一時刻的現(xiàn)場采樣值進(jìn)行處理，否則將產(chǎn)生很大片機(jī)對同一時刻的現(xiàn)場采樣值進(jìn)行處理，否則將產(chǎn)生很大 誤差。用一個誤差。用一個a/d轉(zhuǎn)換器同時對多路模擬信號進(jìn)行采樣是轉(zhuǎn)換器同時對多路模擬信號進(jìn)行采樣是 由采樣保持器來實(shí)現(xiàn)的。采樣保持器在單片機(jī)的控制下，由采樣保持器來實(shí)現(xiàn)的。采樣保持器在單片機(jī)的控制下， 在某一個時刻可同時采樣它所接一路的模擬信號的值，并在某一個時

8、刻可同時采樣它所接一路的模擬信號的值，并 能保持該瞬時值，直到下一次重新采樣。能保持該瞬時值，直到下一次重新采樣。 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 a/d轉(zhuǎn)換器把一個模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量總要經(jīng)歷一個時間過轉(zhuǎn)換器把一個模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量總要經(jīng)歷一個時間過 程。程。a/d轉(zhuǎn)換器從接通模擬信號開始轉(zhuǎn)換，到轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出轉(zhuǎn)換器從接通模擬信號開始轉(zhuǎn)換，到轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出 穩(wěn)定的數(shù)字量，這一段時間稱為穩(wěn)定的數(shù)字量，這一段時間稱為孔徑時間孔徑時間。對于一個動態(tài)模。對于一個動態(tài)模 擬信號，在擬信號，在a/d轉(zhuǎn)換器接通的孔徑時間里，輸入模擬信號值轉(zhuǎn)換器接通的孔徑時間里，輸入模擬信號值 是不確定的，從而會引起輸出的

9、不確定性誤差。在是不確定的，從而會引起輸出的不確定性誤差。在a/d轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 器前加設(shè)采集保持器，在孔徑時間里，使模擬信號保持某一器前加設(shè)采集保持器，在孔徑時間里，使模擬信號保持某一 個瞬時值不變，從而可消除個瞬時值不變，從而可消除孔徑誤差孔徑誤差。 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 多路開關(guān)多路開關(guān)：用多路開關(guān)實(shí)現(xiàn)一個：用多路開關(guān)實(shí)現(xiàn)一個a/d轉(zhuǎn)換器分時對多路模擬轉(zhuǎn)換器分時對多路模擬 信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。多路開關(guān)是受單片機(jī)控制的多路模擬電子信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。多路開關(guān)是受單片機(jī)控制的多路模擬電子 開關(guān)，某一時刻需要對某路模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由單片機(jī)開關(guān)，某一時刻需要對某路模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由單片機(jī) 向多

10、路開關(guān)發(fā)出路地址信息，使多路開關(guān)把該路模擬信號向多路開關(guān)發(fā)出路地址信息，使多路開關(guān)把該路模擬信號 與與a/d轉(zhuǎn)換器接通，其它路模擬信號與轉(zhuǎn)換器接通，其它路模擬信號與a/d轉(zhuǎn)換器不接通，轉(zhuǎn)換器不接通， 實(shí)現(xiàn)有選擇的轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)有選擇的轉(zhuǎn)換。 a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器：將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，是前向通道中模：將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，是前向通道中模 擬系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)連接的核心部件。擬系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)連接的核心部件。 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 綜上所述，前向通道具有以下綜上所述，前向通道具有以下特點(diǎn)特點(diǎn)： (1) 與現(xiàn)場采集對象相連，是現(xiàn)場干擾進(jìn)入的主要通道，是與現(xiàn)場采集對象相連，是現(xiàn)場干擾進(jìn)入

11、的主要通道，是 整個系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)的重點(diǎn)部位。整個系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)的重點(diǎn)部位。 (2) 由于所采集的對象不同，有模擬量和數(shù)字量由于所采集的對象不同，有模擬量和數(shù)字量(開關(guān)量開關(guān)量)， 而這些都是由安放在測量現(xiàn)場的傳感、變換裝置產(chǎn)生的，許多而這些都是由安放在測量現(xiàn)場的傳感、變換裝置產(chǎn)生的，許多 參量信號不能滿足單片機(jī)輸入的要求，故有大量的、形式多樣參量信號不能滿足單片機(jī)輸入的要求，故有大量的、形式多樣 的信號變換調(diào)節(jié)電路，如測量放大器、的信號變換調(diào)節(jié)電路，如測量放大器、i/f變換、變換、a/d轉(zhuǎn)換、放轉(zhuǎn)換、放 大、整形電路等。大、整形電路等。 (3) 前向通道是一個模擬、數(shù)字混合電路系統(tǒng)，其電路功

12、耗前向通道是一個模擬、數(shù)字混合電路系統(tǒng)，其電路功耗 小，一般沒有功率驅(qū)動要求。小，一般沒有功率驅(qū)動要求。 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 三、后向通道的組成與特點(diǎn)三、后向通道的組成與特點(diǎn) (1) 后向通道是應(yīng)用系統(tǒng)的輸出通道，大多數(shù)需要后向通道是應(yīng)用系統(tǒng)的輸出通道，大多數(shù)需要功率驅(qū)動功率驅(qū)動。 (2) 靠近伺服驅(qū)動現(xiàn)場，伺服控制系統(tǒng)的大功率負(fù)荷易從后靠近伺服驅(qū)動現(xiàn)場，伺服控制系統(tǒng)的大功率負(fù)荷易從后 向通道進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)，故后向通道的隔離對系統(tǒng)的可靠性影向通道進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)，故后向通道的隔離對系統(tǒng)的可靠性影 響很大。響很大。 (3) 根據(jù)輸出控制的不同要求，后向通道電路有多種多樣，根據(jù)輸出

13、控制的不同要求，后向通道電路有多種多樣， 如模擬電路、數(shù)字電路、開關(guān)電路等，輸出信號形式有電流輸如模擬電路、數(shù)字電路、開關(guān)電路等，輸出信號形式有電流輸 出、電壓輸出、開關(guān)量輸出及數(shù)字量輸出等。出、電壓輸出、開關(guān)量輸出及數(shù)字量輸出等。 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 四、人機(jī)通道的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)四、人機(jī)通道的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn) (1) 由于通常的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)大多數(shù)是小規(guī)模系統(tǒng)，因由于通常的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)大多數(shù)是小規(guī)模系統(tǒng)，因 此，應(yīng)用系統(tǒng)中的人機(jī)對話通道以及此，應(yīng)用系統(tǒng)中的人機(jī)對話通道以及人機(jī)對話設(shè)備人機(jī)對話設(shè)備的配置都是的配置都是 小規(guī)模的，如小規(guī)模的，如微型打印機(jī)、功能鍵、微型打印機(jī)、功能鍵

14、、led/lcd顯示器顯示器等。若等。若 需高水平的人機(jī)對話配置，如通用打印機(jī)、需高水平的人機(jī)對話配置，如通用打印機(jī)、crt、硬盤、標(biāo)準(zhǔn)、硬盤、標(biāo)準(zhǔn) 鍵盤等，則往往將單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)通過外總線與鍵盤等，則往往將單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)通過外總線與pc機(jī)相連，機(jī)相連， 享用享用pc計(jì)算機(jī)的外圍人機(jī)對話設(shè)備。計(jì)算機(jī)的外圍人機(jī)對話設(shè)備。 (2) 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，人機(jī)對話通道及接口大多采用內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，人機(jī)對話通道及接口大多采用內(nèi) 總線形式，與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展密切相關(guān)?？偩€形式，與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展密切相關(guān)。 (3) 人機(jī)通道接口一般都是數(shù)字電路，電路結(jié)構(gòu)簡單，可人機(jī)通道接口一般都是數(shù)字電路，電路結(jié)構(gòu)簡單，可

15、靠性好?？啃院谩?貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 五、相互通道及其特點(diǎn)五、相互通道及其特點(diǎn) (1) 在單片機(jī)中大多設(shè)有在單片機(jī)中大多設(shè)有串行口串行口，為構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)的相互通，為構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)的相互通 道提供了方便條件。道提供了方便條件。 (2) 單片機(jī)本身的串行口只為相互通道提供了硬件結(jié)構(gòu)及基單片機(jī)本身的串行口只為相互通道提供了硬件結(jié)構(gòu)及基 本的通信方式，并沒有提供標(biāo)準(zhǔn)的通信規(guī)程。故利用單片機(jī)串本的通信方式，并沒有提供標(biāo)準(zhǔn)的通信規(guī)程。故利用單片機(jī)串 行口構(gòu)成相互通道時，要通過相應(yīng)的行口構(gòu)成相互通道時，要通過相應(yīng)的通信軟件通信軟件。 (3) 在很多情況下，采用在很多情況下，采用擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)通信控

16、制芯片擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)通信控制芯片來組成相互來組成相互 通道。例如，用擴(kuò)展通道。例如，用擴(kuò)展8250、8251等通用通信控制芯片來構(gòu)成相等通用通信控制芯片來構(gòu)成相 互通信接口?；ネㄐ沤涌?。 (4) 相互通信接口都是數(shù)字電路系統(tǒng)，抗干擾能力強(qiáng)。但相互通信接口都是數(shù)字電路系統(tǒng)，抗干擾能力強(qiáng)。但 大多數(shù)都需遠(yuǎn)距離傳輸，故需要大多數(shù)都需遠(yuǎn)距離傳輸，故需要解決長線傳輸?shù)尿?qū)動、匹配、解決長線傳輸?shù)尿?qū)動、匹配、 隔離等問題隔離等問題。 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 6.1.2 單片機(jī)控制系統(tǒng)與調(diào)試的一般原則單片機(jī)控制系統(tǒng)與調(diào)試的一般原則 一、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，由于

17、控制對象的不同，其硬件和在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，由于控制對象的不同，其硬件和 軟件有很大的差異，但軟件有很大的差異，但系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和主要步驟是基系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和主要步驟是基 本相同本相同的。的。 設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng)時，一般需要做以下幾個方面的考慮：設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng)時，一般需要做以下幾個方面的考慮： 、確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)：功能、指標(biāo)等。、確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)：功能、指標(biāo)等。 、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)：、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)： 一般包括：一般包括：單片機(jī)的選擇；單片機(jī)的選擇； 軟、硬件的分工。軟、硬件的分工。 、系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)：、系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)： 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)： 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴

18、州大學(xué)電子科學(xué)系 傳感器傳感器放大器放大器 傳感器傳感器放大器放大器 。 多多 路路 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 換換 器器 a/d msc-51 單片機(jī)單片機(jī) 打印機(jī)打印機(jī)顯示器顯示器 鍵鍵 盤盤 d/a執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 6.3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件是系統(tǒng)軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求來設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)功能要求來設(shè)計(jì)的，應(yīng)可靠地實(shí)現(xiàn)的，應(yīng)可靠地實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)的各種功能。一個系統(tǒng)的工作程序?qū)嶋H上就是該系統(tǒng)系統(tǒng)的各種功能。一個系統(tǒng)的工作程序?qū)嶋H上就是該系統(tǒng) 的監(jiān)控程序。其設(shè)計(jì)步驟如下：的監(jiān)控程序。其設(shè)計(jì)步驟如下： a、選擇程序語言：常用匯

19、編語言、選擇程序語言：常用匯編語言、c語言等；語言等； b、畫出程序流程圖：要求框圖結(jié)構(gòu)清晰、簡潔、合、畫出程序流程圖：要求框圖結(jié)構(gòu)清晰、簡潔、合 理；使編制的各功能程序?qū)崿F(xiàn)模塊化、子程序化理；使編制的各功能程序?qū)崿F(xiàn)模塊化、子程序化 以及各模塊之間的參數(shù)傳遞關(guān)系。以及各模塊之間的參數(shù)傳遞關(guān)系。 c、匯編連接調(diào)試。、匯編連接調(diào)試。 二、系統(tǒng)調(diào)試二、系統(tǒng)調(diào)試 軟、硬件設(shè)計(jì)好后，就可以進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。軟、硬件設(shè)計(jì)好后，就可以進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。 、硬件調(diào)試、硬件調(diào)試：分為靜態(tài)調(diào)試和動態(tài)調(diào)試。：分為靜態(tài)調(diào)試和動態(tài)調(diào)試。 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 靜態(tài)調(diào)試靜態(tài)調(diào)試：主要用來檢查電路制作的正確性，包括

20、：主要用來檢查電路制作的正確性，包括pcb板；板； 動態(tài)調(diào)試動態(tài)調(diào)試：需在開發(fā)系統(tǒng)上進(jìn)行，用各診斷程序進(jìn)行檢查；一：需在開發(fā)系統(tǒng)上進(jìn)行，用各診斷程序進(jìn)行檢查；一 般方法是般方法是由近及遠(yuǎn)、由分到合由近及遠(yuǎn)、由分到合。(邏輯狀態(tài)、時序變化等的測邏輯狀態(tài)、時序變化等的測 試。試。) 、軟件調(diào)試、軟件調(diào)試：一般方法是：一般方法是 先獨(dú)立后聯(lián)機(jī)，先分塊后組合、先單步后連續(xù)。先獨(dú)立后聯(lián)機(jī)，先分塊后組合、先單步后連續(xù)。 先進(jìn)行各模塊軟件調(diào)試，再進(jìn)行聯(lián)調(diào)。先進(jìn)行各模塊軟件調(diào)試，再進(jìn)行聯(lián)調(diào)。 3. 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)系統(tǒng)聯(lián)調(diào) 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)主要解決以下問題：系統(tǒng)聯(lián)調(diào)主要解決以下問題： (1) 軟、硬件能否按預(yù)定要求配合工作？

21、如果不能，那么問軟、硬件能否按預(yù)定要求配合工作？如果不能，那么問 題出在哪里？如何解決？題出在哪里？如何解決？ 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 (2) 系統(tǒng)運(yùn)行中是否有潛在的設(shè)計(jì)時難以預(yù)料的錯誤？如：系統(tǒng)運(yùn)行中是否有潛在的設(shè)計(jì)時難以預(yù)料的錯誤？如： 硬件延時過長造成工作時序不符合要求，布線不合理造成有硬件延時過長造成工作時序不符合要求，布線不合理造成有 信號串?dāng)_等。信號串?dāng)_等。 (3) 系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)(包括精度、速度參數(shù)包括精度、速度參數(shù))是否滿足設(shè)是否滿足設(shè) 計(jì)要求？計(jì)要求？ 待一切都正常后，即可將程序固化到待一切都正常后，即可將程序固化到eprom中，進(jìn)行現(xiàn)中，

22、進(jìn)行現(xiàn) 場調(diào)試，考驗(yàn)單片機(jī)控制系統(tǒng)是否工作正常、可靠，性能是場調(diào)試，考驗(yàn)單片機(jī)控制系統(tǒng)是否工作正常、可靠，性能是 否達(dá)到要求。如某些指標(biāo)達(dá)不到要求，應(yīng)進(jìn)行軟、硬件的修否達(dá)到要求。如某些指標(biāo)達(dá)不到要求，應(yīng)進(jìn)行軟、硬件的修 改，直到滿足要求。改，直到滿足要求。 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 4、現(xiàn)場調(diào)試、現(xiàn)場調(diào)試 一般情況下，通過系統(tǒng)聯(lián)調(diào)后，用戶系統(tǒng)就可以按照設(shè)計(jì)一般情況下，通過系統(tǒng)聯(lián)調(diào)后，用戶系統(tǒng)就可以按照設(shè)計(jì) 目標(biāo)正常工作了。但由于用戶系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境較為復(fù)雜目標(biāo)正常工作了。但由于用戶系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境較為復(fù)雜(如環(huán)如環(huán) 境干擾較為嚴(yán)重、工作現(xiàn)場有腐蝕性氣體等境干擾較為嚴(yán)重、工作現(xiàn)場有腐蝕性

23、氣體等)，在實(shí)際現(xiàn)場工，在實(shí)際現(xiàn)場工 作之前，環(huán)境對系統(tǒng)的影響無法預(yù)料，只能通過現(xiàn)場運(yùn)行調(diào)作之前，環(huán)境對系統(tǒng)的影響無法預(yù)料，只能通過現(xiàn)場運(yùn)行調(diào) 試來發(fā)現(xiàn)問題，找出相應(yīng)的解決方法；另外，有些用戶系統(tǒng)試來發(fā)現(xiàn)問題，找出相應(yīng)的解決方法；另外，有些用戶系統(tǒng) 的調(diào)試是在用模擬設(shè)備代替實(shí)際監(jiān)測、控制對象的情況下進(jìn)的調(diào)試是在用模擬設(shè)備代替實(shí)際監(jiān)測、控制對象的情況下進(jìn) 行的，這就更有必要進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試，以檢驗(yàn)用戶系統(tǒng)在實(shí)際行的，這就更有必要進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試，以檢驗(yàn)用戶系統(tǒng)在實(shí)際 工作環(huán)境中工作的正確性。（包括儀器的例行實(shí)驗(yàn)）工作環(huán)境中工作的正確性。（包括儀器的例行實(shí)驗(yàn)） 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 圖圖6

24、.4單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 6.2 傳感器接口電路傳感器接口電路p192 6.2.1 概述概述 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，常常需要通過傳感器將在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，常常需要通過傳感器將非電量轉(zhuǎn)換成非電量轉(zhuǎn)換成 電量電量。（電壓、電流和脈沖等），再傳給單片機(jī)分析處理。（電壓、電流和脈沖等），再傳給單片機(jī)分析處理。 傳感器的種類繁多，一般有：傳感器的種類繁多，一般有： 壓力傳感器壓力傳感器：主要用于各種壓力的測量。如：靜壓、動壓、：主要用于各種壓力的測量。如：靜壓、動壓、 絕對壓力、真空壓力、負(fù)壓及壓差的測量。絕對壓力、真空壓力、負(fù)壓及壓差的測量

25、。 溫度傳感器溫度傳感器：主要用于各種溫度的測量。按不同溫度范圍劃：主要用于各種溫度的測量。按不同溫度范圍劃 分為：熱敏電阻、熱電偶以及各種半導(dǎo)體溫度傳感器。分為：熱敏電阻、熱電偶以及各種半導(dǎo)體溫度傳感器。 振動傳感器振動傳感器：包括測量振幅、速度、加速度等各種振動和沖：包括測量振幅、速度、加速度等各種振動和沖 擊的傳感器。擊的傳感器。 光電傳感器光電傳感器：可用于照度、轉(zhuǎn)速等的測量。：可用于照度、轉(zhuǎn)速等的測量。 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 對于傳感器，有時可以將傳感器的工作原理加上它的使用對于傳感器，有時可以將傳感器的工作原理加上它的使用 范圍作為傳感器的名稱來分類，如：應(yīng)變式壓力

26、傳感器、范圍作為傳感器的名稱來分類，如：應(yīng)變式壓力傳感器、 壓電式加速度計(jì)、半導(dǎo)體溫度傳感器等。壓電式加速度計(jì)、半導(dǎo)體溫度傳感器等。 6.2.2 傳感器接口電路傳感器接口電路 在傳感器的測量電路中，最在傳感器的測量電路中，最 簡單的形式為簡單的形式為電橋電路電橋電路。 電橋具有兩種基本的工作方電橋具有兩種基本的工作方 式：式：零點(diǎn)檢測；直接讀出電零點(diǎn)檢測；直接讀出電 壓或電流差值。壓或電流差值。 基本電路如圖基本電路如圖6.5 圖圖6.5 基本電橋電路基本電橋電路 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 電橋工作原理：電橋工作原理： 在在 r1/r4 = r2/r3 時，電橋達(dá)到平衡，輸出為時，

27、電橋達(dá)到平衡，輸出為 0。如果。如果 r2/r3 等于一個固定值等于一個固定值 k 。當(dāng)被測物理量的大小能使。當(dāng)被測物理量的大小能使 r1= kr4 時，電橋?yàn)槠胶鉅顟B(tài)，時，電橋?yàn)槠胶鉅顟B(tài)，eout = 0 ；如果；如果 r1kr4, 電橋的平衡被打破，電橋的平衡被打破，eout 0，有輸出。，有輸出。 對于電橋傳感器，要考慮電橋的輸出與被測值之間的對于電橋傳感器，要考慮電橋的輸出與被測值之間的 線性關(guān)系、電橋的靈敏度、輸出信號的穩(wěn)定度等因數(shù)。線性關(guān)系、電橋的靈敏度、輸出信號的穩(wěn)定度等因數(shù)。 一般情況下，電橋輸出不能直接連接到單片機(jī)，必須一般情況下，電橋輸出不能直接連接到單片機(jī)，必須 經(jīng)過信號

28、的放大、整形及經(jīng)過信號的放大、整形及 a/d 轉(zhuǎn)換后的信號，才能被單片轉(zhuǎn)換后的信號，才能被單片 機(jī)所接收。機(jī)所接收。 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 一、壓力傳感器一、壓力傳感器 帶有應(yīng)變電橋的壓力傳感測量電路如圖帶有應(yīng)變電橋的壓力傳感測量電路如圖6.6。圖圖 6.6 帶帶 有有 應(yīng)應(yīng) 變變 電電 橋橋 的的 壓壓 力力 測測 量量 接接 口口 1mv / v 靈敏度靈敏度 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 工作原理：工作原理： 傳感器：采用應(yīng)變片電橋作為傳感器。傳感器：采用應(yīng)變片電橋作為傳感器。(1磅磅=0.454公斤公斤) ad522：差分放大器，用于放大、調(diào)整傳感器輸出信號。：

29、差分放大器，用于放大、調(diào)整傳感器輸出信號。 當(dāng)壓力傳感器從當(dāng)壓力傳感器從 (0 100)磅磅/平方英寸時，輸出電平方英寸時，輸出電 壓為：壓為：(010)v的輸出電壓。并且克服溫度對輸入的輸出電壓。并且克服溫度對輸入 電壓的漂移，如：環(huán)境溫度變化電壓的漂移，如：環(huán)境溫度變化20c，則最大，則最大 漂移將是漂移將是120uv，小于滿量程的，小于滿量程的 1% 。 ad542：接為跟隨器，以消除對濾波器的負(fù)載。：接為跟隨器，以消除對濾波器的負(fù)載。(隔離隔離) 2b35:傳感器的供電電路。具有兩路傳感器的供電電路。具有兩路15v直流電壓輸出直流電壓輸出 的電源，為傳感器提供電壓和電流。的電源，為傳感

30、器提供電壓和電流。 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 二、半導(dǎo)體溫度傳感器二、半導(dǎo)體溫度傳感器p194 ad590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的一種溫度傳感器。是美國模擬器件公司生產(chǎn)的一種溫度傳感器。 在在 -55 +150 范圍內(nèi)能按范圍內(nèi)能按 1ua/k 的恒定比率輸出一個的恒定比率輸出一個 與溫度成正比的電流，通過對此電流的測量就可得到所需與溫度成正比的電流，通過對此電流的測量就可得到所需 的溫度值。的溫度值。 ad590 是一個電流源，是一個電流源， 流過的電流數(shù)值等于流過的電流數(shù)值等于 絕對溫度（絕對溫度（k）的度）的度 數(shù)，激勵電壓可以從數(shù)，激勵電壓可以從 +4v +30v。 如圖如

31、圖6.7所示。所示。 圖圖6.7 ad590電流源電流源 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 ad590遠(yuǎn)距離測溫示意圖，如圖遠(yuǎn)距離測溫示意圖，如圖6.8 圖圖6.8 ad590遠(yuǎn)距離測溫示意圖遠(yuǎn)距離測溫示意圖 使用使用ad590的測溫電路，見圖的測溫電路，見圖6.9。 該電路測溫范圍在該電路測溫范圍在 60 內(nèi)可以得到較好的精度。電路中通內(nèi)可以得到較好的精度。電路中通 過調(diào)節(jié)電阻過調(diào)節(jié)電阻 r2 ，能對指定測溫范圍的中點(diǎn)溫度進(jìn)行校正。，能對指定測溫范圍的中點(diǎn)溫度進(jìn)行校正。 a、b 兩點(diǎn)的輸出電壓為兩點(diǎn)的輸出電壓為 mv 級。級。 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 圖圖6.9 使用測溫電

32、路使用測溫電路 當(dāng)當(dāng)ad590置于置于10的的 環(huán)境中，以環(huán)境中，以 0.1 為分度為分度 的標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測環(huán)境溫度。接的標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測環(huán)境溫度。接 通電源數(shù)分鐘之后，調(diào)節(jié)通電源數(shù)分鐘之后，調(diào)節(jié) r2 ，使，使a、c 兩點(diǎn)的電壓兩點(diǎn)的電壓 為為 (273.2+t)mv ，再調(diào)節(jié)，再調(diào)節(jié) r7 ，使，使 b、c 兩點(diǎn)的電壓兩點(diǎn)的電壓 為為 +273.2mv ，此電壓起到，此電壓起到 了絕對溫度了絕對溫度 (k)和攝氏溫和攝氏溫 度度()之間的轉(zhuǎn)換。之間的轉(zhuǎn)換。 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 ad590可通過可通過 100 米或更長的雙絞線連入接口電路。米或更長的雙絞線連入接口電路。a、b兩兩 點(diǎn)的輸

33、出電壓點(diǎn)的輸出電壓(mv)可以直接讀成以可以直接讀成以 為單位的溫度值。在為單位的溫度值。在 單片機(jī)的控制系統(tǒng)中可以直接利用單片機(jī)的控制系統(tǒng)中可以直接利用 a、b 兩點(diǎn)的電壓值送兩點(diǎn)的電壓值送 a/d 轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。 利用兩個利用兩個ad590可以可以 容易地實(shí)現(xiàn)容易地實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)溫差兩點(diǎn)溫差 的測量。的測量。 其原理為其原理為 t1、t2 兩個兩個 反向電流源疊加，得反向電流源疊加，得 到兩點(diǎn)溫度的差值。到兩點(diǎn)溫度的差值。 電路見圖電路見圖6.10 6.10 兩點(diǎn)溫差測量電路兩點(diǎn)溫差測量電路 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 三、濕度傳感器接口電路三、濕度傳感器接口電路 濕度傳感器是通過電

34、阻變化來測量相對濕度的濕度傳感器是通過電阻變化來測量相對濕度的。 傳感器電阻與濕度之間呈現(xiàn)傳感器電阻與濕度之間呈現(xiàn)非線性關(guān)系非線性關(guān)系，傳感器電阻值又，傳感器電阻值又 同時同時受溫度影響受溫度影響，所以要對其進(jìn)行二維修正后才能得到正，所以要對其進(jìn)行二維修正后才能得到正 確的相對濕度值。確的相對濕度值。 濕度傳感器接口電路如圖濕度傳感器接口電路如圖6.11。 傳感器采用傳感器采用 csk1 型陶瓷傳感器。型陶瓷傳感器。 濕度傳感器要求交流供電，以防止傳感器老化。用反相器濕度傳感器要求交流供電，以防止傳感器老化。用反相器 構(gòu)成振蕩器產(chǎn)生構(gòu)成振蕩器產(chǎn)生650khz左右的方波電壓，經(jīng)射極跟隨器左右的方

35、波電壓，經(jīng)射極跟隨器t1， 由電容由電容c2送給濕度傳感器。送給濕度傳感器。 wd是帶溫度補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)壓二極管，將方波電壓的峰值限制在是帶溫度補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)壓二極管，將方波電壓的峰值限制在 6v左右，當(dāng)溫度或濕度變化時，保持傳感器的供電電壓基左右，當(dāng)溫度或濕度變化時，保持傳感器的供電電壓基 本不變。本不變。 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 6.11 濕度傳感器及其供電放大器電路濕度傳感器及其供電放大器電路 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 濕度的變化引起了濕度傳感器導(dǎo)通電阻濕度的變化引起了濕度傳感器導(dǎo)通電阻rh的改變，在的改變，在 相對濕度為相對濕度為 98% 時，時，rh的值為的值為 20k

36、；在相對濕度為；在相對濕度為 11% 時，時， rh的值為的值為 20m ，濕度、導(dǎo)通電阻呈線性關(guān)系。，濕度、導(dǎo)通電阻呈線性關(guān)系。 c2的輸出，經(jīng)雙運(yùn)放的輸出，經(jīng)雙運(yùn)放 lm747 中的一個作電流放大器和中的一個作電流放大器和 阻抗變換后，送到電子模擬開關(guān)阻抗變換后，送到電子模擬開關(guān) cd4052 解調(diào)，使得采樣電解調(diào)，使得采樣電 阻阻 r8 上的電壓與流過傳感器的電流成正比；模擬開關(guān)上的電壓與流過傳感器的電流成正比；模擬開關(guān) k1、 k2受振蕩器輸出電壓同步控制。受振蕩器輸出電壓同步控制。 c3、c4 電容分別存儲方波電容分別存儲方波 信號的正半周及負(fù)半周電壓（電流放大器輸出的電流值，隨信號

37、的正半周及負(fù)半周電壓（電流放大器輸出的電流值，隨 濕度而變化），分別送差動放大器的正、負(fù)輸入端，濕度而變化），分別送差動放大器的正、負(fù)輸入端，r5、r6、 r7、r8 都相等，在運(yùn)算放大器的輸出端得到的是電容都相等，在運(yùn)算放大器的輸出端得到的是電容c3、 c4上的電壓絕對值之和，送后級電路進(jìn)行上的電壓絕對值之和，送后級電路進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 四、力傳感器接口四、力傳感器接口 p196 某些測力傳感器利用一段某些測力傳感器利用一段彈簧彈簧作為敏感元件。把彈作為敏感元件。把彈 簧連接到一個簧連接到一個可變電阻可變電阻上，其阻值的大小與施加在彈簧上，其阻值的

38、大小與施加在彈簧 上的力成正比，當(dāng)力從上的力成正比，當(dāng)力從 0 增加到增加到 20 磅時，電阻從磅時，電阻從 100 變到變到 500。力傳感器接口電路如圖。力傳感器接口電路如圖6.12 圖圖6.12 力傳感器接口電路力傳感器接口電路（1磅磅 = 0.454公斤）公斤） 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 力傳感器的可變電阻器接到運(yùn)算放大器力傳感器的可變電阻器接到運(yùn)算放大器a2的反饋回路中，的反饋回路中， 通過通過5ma的恒定電流。的恒定電流。0 2v的輸出范圍提供每伏的輸出范圍提供每伏10磅的數(shù)磅的數(shù) 值。從值。從ad580型集成參考電源輸出的型集成參考電源輸出的2.5v參考電壓源，經(jīng)參考

39、電壓源，經(jīng) ad741j運(yùn)算放大器反相，輸出放大器再次反相，既得到正運(yùn)算放大器反相，輸出放大器再次反相，既得到正 向的輸出，通過晶體管向的輸出，通過晶體管2n2219驅(qū)動負(fù)載。輸出電壓驅(qū)動負(fù)載。輸出電壓eout為為 0 2v ，此輸出信號送，此輸出信號送 a/d 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號。轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號。 對此電路的校正：先將輸入力調(diào)到對此電路的校正：先將輸入力調(diào)到 20 磅，調(diào)幅度調(diào)節(jié)磅，調(diào)幅度調(diào)節(jié) 電位器，使輸出為電位器，使輸出為 2v ，然后將力減至，然后將力減至 0 磅，調(diào)節(jié)偏置電位磅，調(diào)節(jié)偏置電位 器使輸出為器使輸出為 0v 。這樣便完成了力傳感器接口的校正。這樣便完成

40、了力傳感器接口的校正。 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 五、數(shù)字化溫度傳感器接口五、數(shù)字化溫度傳感器接口 p196 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字傳感器已成為傳感器中的重隨著半導(dǎo)體技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字傳感器已成為傳感器中的重 要組成部分。要組成部分。 介紹常用的介紹常用的數(shù)字化傳感器數(shù)字化傳感器ds1820。 1、ds1820的特性的特性 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 1)單線接口方式，它在與微處理器連接時，單線接口方式，它在與微處理器連接時，僅需要一條總線僅需要一條總線 即可實(shí)現(xiàn)即可實(shí)現(xiàn)ds1820與單片機(jī)的通信與單片機(jī)的通信 2)支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個ds1820 ( 一般為一

41、般為8個個) 可以并聯(lián)在可以并聯(lián)在 唯一的唯一的3根線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫。根線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫。 3)在使用中不需要任何外圍元件在使用中不需要任何外圍元件 4)溫度范圍溫度范圍-55 125，在，在-10+85時精度為時精度為0.5。 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 5)測量結(jié)果以測量結(jié)果以 9 12 位數(shù)字量方式串行傳輸。對應(yīng)的可分辨位數(shù)字量方式串行傳輸。對應(yīng)的可分辨 溫度分別為溫度分別為0.5、0.25、0.125和和0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精，可實(shí)現(xiàn)高精 度測溫度測溫 6)設(shè)有用戶可寫的設(shè)有用戶可寫的 e2prom，用于設(shè)定報(bào)警溫度等。，用于設(shè)定報(bào)警溫度等。 圖圖6.13 ds1820

42、封裝圖封裝圖 ds1820封裝如圖封裝如圖6.13 引腳中：引腳中： gnd：地線：地線 dq：數(shù)據(jù)輸入、輸出：數(shù)據(jù)輸入、輸出 vdd：外結(jié)電源：外結(jié)電源 nc：空腳：空腳 2、ds1820的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)1) ds1820的引腳、封裝、分類的引腳、封裝、分類 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 圖圖6.13 ds1820封裝圖封裝圖 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 型號型號 項(xiàng)目項(xiàng)目ds1820ds18b20ds18s20ds18d20 ds1822 輸出（位）輸出（位） 9 9 12 9 9 9 測溫分辨率測溫分辨率0.50.06250.50.50.5 內(nèi)設(shè)內(nèi)設(shè) eeprom 有有 有

43、有 有有 有有 無無 表表6-1 ds1820系列產(chǎn)品性能表系列產(chǎn)品性能表 2) ds1820內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理 ds1820內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖見圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖見圖6.14 其中：其中： 64位光刻位光刻rom中的中的64位序列號，在出廠前就光刻好的，位序列號，在出廠前就光刻好的， 它可以看成是它可以看成是ds1820的地址序列號，用于分掛在同一總的地址序列號，用于分掛在同一總 線上的線上的8個個ds1820的目的。的目的。 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 圖圖6.14 ds1820數(shù)字溫度傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖數(shù)字溫度傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 64位光刻

44、位光刻rom的排列是：的排列是：開始開始8位（位（28h）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，接）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，接 著的著的48位是該位是該 ds18b20自身的序列號，最后自身的序列號，最后8位是前面位是前面 56 位的位的 循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（crc=x8+x5+x4+1）。）。光刻光刻rom的作用是的作用是 使每一個使每一個ds18b20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛 接多個接多個ds18b20的目的。的目的。 ds18b20中的溫度傳感器轉(zhuǎn)換數(shù)字，以中的溫度傳感器轉(zhuǎn)換數(shù)字，以12位轉(zhuǎn)化為例：用位轉(zhuǎn)化為例：用16位位 符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提

45、供，以符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/lsb形式表形式表 達(dá)，其中達(dá)，其中s為符號位。為符號位。s=1為負(fù)，為負(fù)，s=0為正。其輸出格式如下圖：為正。其輸出格式如下圖： 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 轉(zhuǎn)化后得到的轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在位數(shù)據(jù)，存儲在18b20的兩個的兩個8比特比特 的的ram中，二進(jìn)制中的前面中，二進(jìn)制中的前面5位是符號位，如果測位是符號位，如果測 得的溫度大于得的溫度大于0，這，這5位為位為0，只要將測到的數(shù)值乘于，只要將測到的數(shù)值乘于 0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這，這5位為位為 1，測到的數(shù)

46、值需要取反加，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于再乘于0.0625即可得到實(shí)即可得到實(shí) 際溫度。際溫度。 例如例如+125的數(shù)字輸出為的數(shù)字輸出為07d0h，+25.0625的數(shù)的數(shù) 字輸出為字輸出為0191h，-25.0625的數(shù)字輸出為的數(shù)字輸出為ff6fh， -55的數(shù)字輸出為的數(shù)字輸出為fc90h。 0191h=401d 401d0.0625=25.0625 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 配置寄存器：該字節(jié)各位的意義如下：配置寄存器：該字節(jié)各位的意義如下： r1r0分辨率分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時間溫度最大轉(zhuǎn)換時間 009位位 0.593.75ms 0110位位 0.25187.5ms 1

47、011位位 0.125375ms 1112位位 0.0625 750ms 其低五位一直都是其低五位一直都是“1”，tm是測試模式位，在出廠時該位是測試模式位，在出廠時該位 被設(shè)置為被設(shè)置為0，傳感器處于工作方式。，傳感器處于工作方式。r1和和r0用來設(shè)置分辨用來設(shè)置分辨 率，如下表所示：（率，如下表所示：（ds18b20出廠時被設(shè)置為出廠時被設(shè)置為12位）位） 表表6-2 分辨率的設(shè)置分辨率的設(shè)置 tmr1r011111 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 暫存寄存器（高速暫存寄存器（高速rem）的分布見表）的分布見表6-2。 寄存器內(nèi)容寄存器內(nèi)容 字節(jié)地址字節(jié)地址 溫度低溫度低8位數(shù)字位數(shù)

48、字(輸出輸出) 0 溫度高溫度高8位數(shù)字位數(shù)字(輸出輸出) 1 高溫限制高溫限制th 2 低溫限制低溫限制tl 3 保留保留 4 保留保留 5 計(jì)數(shù)剩余值計(jì)數(shù)剩余值 6 每度計(jì)數(shù)值每度計(jì)數(shù)值 7 crc效驗(yàn)碼效驗(yàn)碼 8 表表6-2 ds1820暫存寄存器分配表暫存寄存器分配表 測溫工作原理見圖測溫工作原理見圖6.15 低溫度系數(shù)晶振受溫度低溫度系數(shù)晶振受溫度 影響較小，用于產(chǎn)生固影響較小，用于產(chǎn)生固 定頻率的脈沖送給計(jì)數(shù)定頻率的脈沖送給計(jì)數(shù) 器器1； 高溫度系數(shù)的晶振隨溫高溫度系數(shù)的晶振隨溫 度變化，其振蕩周期明度變化，其振蕩周期明 顯變化，所產(chǎn)生的信號顯變化，所產(chǎn)生的信號 作為計(jì)數(shù)器作為計(jì)數(shù)

49、器2的脈沖輸入；的脈沖輸入； 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 圖圖6.15 ds1820工作原理圖工作原理圖 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器分別被預(yù)置每度計(jì)數(shù)值和在和溫度寄存器分別被預(yù)置每度計(jì)數(shù)值和在 -55時時 所對應(yīng)的一個基數(shù)值。所對應(yīng)的一個基數(shù)值。 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減 1 計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)， 當(dāng)計(jì)數(shù)器減當(dāng)計(jì)數(shù)器減 1 到到 0 時，溫度寄存器的值將加時，溫度寄存器的值將加 1，計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器 1 的的 預(yù)置將重新被加入，計(jì)數(shù)器預(yù)置將重新被加入，計(jì)數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振重新

50、開始對低溫度系數(shù)晶振 產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減 1 計(jì)數(shù)；計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)；計(jì)數(shù)器減 1 到到 0 時，溫度時，溫度 寄存器的值加寄存器的值加 1 。如此循環(huán)，直到計(jì)數(shù)器。如此循環(huán)，直到計(jì)數(shù)器 2 到到 0 時，停止時，停止 溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的值溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的值 即為所測的即為所測的 溫度值。溫度值。 斜率累加器用于修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修斜率累加器用于修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修 正計(jì)數(shù)器正計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值。的預(yù)置值。 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 3、ds1820與單片機(jī)與單片機(jī) 的接口電路及編程的接口

51、電路及編程 1) 接口電路接口電路 如圖如圖6.16 圖圖6.16 ds1820與單片機(jī)接口電路與單片機(jī)接口電路2) 編程編程 指令代碼介紹指令代碼介紹 通常單片機(jī)是以通常單片機(jī)是以ds1820 rom命令命令和和ds1820 功能命功能命 令令來控制來控制ds1920工作的。表工作的。表6-3a是是rom命令集，表命令集，表6-3b 是功能命令集。是功能命令集。 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 表表6-3a ds1820 rom命令集命令集 指令指令代碼代碼功功 能能 讀讀 rom33h讀讀rom中編碼（即中編碼（即64位地址）位地址） 符合符合rom55h發(fā)出此命令后，接著發(fā)出發(fā)出此

52、命令后，接著發(fā)出64位位rom編編 碼，訪問碼，訪問“一線總線一線總線”上讀編碼，相對上讀編碼，相對 應(yīng)的應(yīng)的ds1820器件做出響應(yīng)，為下一步對器件做出響應(yīng)，為下一步對 該該ds1820的讀的讀/寫做準(zhǔn)備。寫做準(zhǔn)備。 搜索搜索romf0h用于確定掛在同一總線上用于確定掛在同一總線上ds1820的個數(shù)的個數(shù) 和識別和識別64位位rom地址，為操作各器件地址，為操作各器件 做準(zhǔn)備。做準(zhǔn)備。 跳過跳過romcch 忽略忽略64位位rom地址，直接向地址，直接向ds1820發(fā)發(fā) 溫度變換指令，適用于單一溫度變換指令，適用于單一ds1820工作工作 告警搜索命令告警搜索命令ech 執(zhí)行后只有溫度越過設(shè)

53、定值上限或下線執(zhí)行后只有溫度越過設(shè)定值上限或下線 時才做出響應(yīng)。時才做出響應(yīng)。 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 表表6-3b ds1820 rom功能命令集功能命令集 指令指令代碼代碼功功 能能 溫度轉(zhuǎn)換溫度轉(zhuǎn)換44h啟動啟動ds1820進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間 最長為最長為500ms，典型為，典型為200ms，結(jié)果存，結(jié)果存 入內(nèi)部入內(nèi)部rem中中 讀暫存器讀暫存器beh讀內(nèi)部讀內(nèi)部rem中字節(jié)中字節(jié) 寫暫存器寫暫存器4eh發(fā)出向內(nèi)部發(fā)出向內(nèi)部rem的第的第2、3字節(jié)寫上下字節(jié)寫上下 限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟讀命令后是傳送限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟讀命令后是傳送 2個字節(jié)的數(shù)

54、據(jù)個字節(jié)的數(shù)據(jù) 復(fù)制暫存器復(fù)制暫存器48h將將rem中第中第2、3字節(jié)內(nèi)容復(fù)制到字節(jié)內(nèi)容復(fù)制到 eeprom中，保證數(shù)據(jù)不丟失。中，保證數(shù)據(jù)不丟失。 恢復(fù)恢復(fù) e2prom b8h將將eeprom中內(nèi)容拷貝到中內(nèi)容拷貝到rem中的第中的第 2、3字節(jié)中字節(jié)中 讀供電方式讀供電方式b4h讀讀ds1820的供電方式，寄生供電時發(fā)的供電方式，寄生供電時發(fā) “0”，外接供電時發(fā)，外接供電時發(fā)“1” 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 ds1820單線通信功能是分時完成的單線通信功能是分時完成的, 它有嚴(yán)格的時隙概念。它有嚴(yán)格的時隙概念。 因此系統(tǒng)對因此系統(tǒng)對ds1820的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作

55、協(xié)議為：的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為： 初始化初始化ds1820（發(fā)復(fù)位脈沖）（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā)發(fā)rom功能命令功能命令發(fā)存儲器發(fā)存儲器 操作命令操作命令處理數(shù)據(jù)。處理數(shù)據(jù)。 圖圖6.17 初始化時序初始化時序 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 編程編程 根據(jù)根據(jù)ds1820的通信協(xié)議，主機(jī)控制的通信協(xié)議，主機(jī)控制ds1820完完 成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：a、每次讀、每次讀/寫寫 之前要對其復(fù)位；之前要對其復(fù)位；b、復(fù)位成功后發(fā)送一條、復(fù)位成功后發(fā)送一條 rom指令；指令；c、最后發(fā)送、最后發(fā)送rem命令。這樣才能命令。這樣才能 對對ds1820進(jìn)行預(yù)

56、定的操作。復(fù)位要求主進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主cpu 將數(shù)據(jù)線下拉將數(shù)據(jù)線下拉500us，然后釋放，然后釋放，ds1820收到收到 信號后等待信號后等待1660us的低脈沖，主的低脈沖，主cpu收到此收到此 信號后復(fù)位成功，才對信號后復(fù)位成功，才對ds1820進(jìn)行操作。進(jìn)行操作。 ds1820初始化、讀初始化、讀/寫流程圖及源程序如下：寫流程圖及源程序如下： 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 開始開始 初始化初始化ds1820 讀取溫度值送讀取溫度值送 55h、56h 送顯示緩沖器送顯示緩沖器 顯示顯示 結(jié)束結(jié)束 開始開始 初始化初始化 送送0cch命令，跳過命令，跳過rom區(qū)區(qū) 送溫度轉(zhuǎn)

57、換命令送溫度轉(zhuǎn)換命令44h， 等待等待750ms復(fù)位復(fù)位 送送0cch命令，跳過命令，跳過rom匹配，匹配， 讀溫度命令讀溫度命令0beh 讀取溫度值送讀取溫度值送55h、56h 結(jié)束結(jié)束 a、主程序、主程序 b、讀溫度程序流程圖、讀溫度程序流程圖 流程圖流程圖 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 開始開始 初始化，給初始化，給dq引腳送引腳送 480us的低電平的低電平 等待等待ds1820回應(yīng)回應(yīng) 判判dq是否為是否為0？ 置位置位70h=1 延時延時 結(jié)束結(jié)束 置位置位70h=0 y n 開始開始 設(shè)置循環(huán)變量設(shè)置循環(huán)變量 c=0, dq=0, 延時延時10us 寫一位到寫一位到dq，

58、 延時延時50us, dq=1 修改指針修改指針r2=0? 結(jié)束結(jié)束 y n 初始化初始化ds1820流程圖流程圖 寫寫ds1820程序流程圖程序流程圖 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 一、主程序一、主程序 b20main: lcall init_1820 ; 調(diào)用復(fù)位子程序調(diào)用復(fù)位子程序 main1: lcall get_temper ;調(diào)用讀溫度子程序調(diào)用讀溫度子程序 mov a, 56h ;讀數(shù)據(jù)低字節(jié)讀數(shù)據(jù)低字節(jié) anl a, #0fh ;屏蔽高位屏蔽高位 mov 61h, a ;保存數(shù)據(jù)低位保存數(shù)據(jù)低位 mov a, 56h ;讀數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù) swap a ;高、低高、低4位交換

59、位交換 anl a, #0fh ;屏蔽高屏蔽高4位位 mov 62h, a ;保存數(shù)據(jù)高位保存數(shù)據(jù)高位 mov a, 55h ;讀數(shù)據(jù)高字節(jié)讀數(shù)據(jù)高字節(jié) anl a, #0fh ;屏蔽高位屏蔽高位 mov 63h, a ;保存數(shù)據(jù)低位保存數(shù)據(jù)低位 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 mov a, 55h ;讀數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù) swap a ;高、低數(shù)據(jù)交換高、低數(shù)據(jù)交換 anl a, #0fh ;屏蔽高位屏蔽高位 mov 64h, a ;保存數(shù)據(jù)高位保存數(shù)據(jù)高位 lcall display ;調(diào)用顯示子程序調(diào)用顯示子程序 acall ksa ;調(diào)用鍵盤子程序調(diào)用鍵盤子程序 cjne a, #0ah

60、, b20main ;鍵值是鍵值是0ah，測溫，測溫 acall release ;等待鍵推出子程序等待鍵推出子程序 ljmp main0 ;鍵釋放轉(zhuǎn)主程序鍵釋放轉(zhuǎn)主程序 貴州大學(xué)電子科學(xué)系貴州大學(xué)電子科學(xué)系 二、初始化程序二、初始化程序 init_1820: setb p1.0 ;ds1820 復(fù)位、初始化復(fù)位、初始化 nop ;dq置位置位 clr p1.0 ;dq復(fù)位復(fù)位 mov r0, #0ffh ;主機(jī)發(fā)出延時主機(jī)發(fā)出延時553us的復(fù)位的復(fù)位 tsr1: djnz r0, tsr1 ;低脈沖低脈沖 setb p1.0 ;拉高數(shù)據(jù)線，形成拉高數(shù)據(jù)線，形成1負(fù)脈沖負(fù)脈沖 nop nop