免積分單片機(jī)組態(tài)王實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)遠(yuǎn)程溫控系統(tǒng)免積分

1、PAGE -. z.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說明書題 目：基于單片機(jī)與組態(tài)王實(shí)現(xiàn) 多點(diǎn)遠(yuǎn)程溫控系統(tǒng)院 系： 計(jì)算機(jī)與控制學(xué)院 專 業(yè)： 自動(dòng)化學(xué)生：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師： 職 稱：題目類型： 理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開發(fā)2008年1月6日-. z. HYPERLINK l _目_ o 返回目錄 摘要在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，各個(gè)環(huán)節(jié)都與溫度嚴(yán)密相聯(lián)，溫度的測(cè)量及控制占據(jù)著極其重要地位。溫度已成為大多數(shù)儀器正常工作的前提，而且對(duì)溫度的要求也越來越嚴(yán)格。因此，溫度檢測(cè)與控制方法的研究越來越受到人們的重視。本文介紹了簡(jiǎn)易集散溫度控制系統(tǒng),系統(tǒng)為兩層構(gòu)造,上位機(jī)用組態(tài)王軟件完成對(duì)下位機(jī)的

2、監(jiān)控。下位機(jī)利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20 ,結(jié)合單片機(jī)組成傳感器網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)了相關(guān)的硬件和軟件，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度檢測(cè)與控制。論文中介紹了使用DS18B20進(jìn)展循環(huán)溫度檢測(cè)并對(duì)溫度加以控制的方法，技術(shù)核心是通過單片機(jī)產(chǎn)生所需的時(shí)序?qū)S18B20進(jìn)展溫度讀取控制。系統(tǒng)能對(duì)多個(gè)對(duì)象進(jìn)展準(zhǔn)確測(cè)量與控制，控制圍為室溫至125，誤差小于0.5。上位機(jī)PC與單片機(jī)之間的通信采用RS-485協(xié)議，由RS-485總線組成構(gòu)成的分布式測(cè)控系統(tǒng)，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、能進(jìn)展長(zhǎng)距離通信等優(yōu)點(diǎn)。上位機(jī)組態(tài)軟件KingView具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集、處理功能和友好的人機(jī)界面?；诮M態(tài)王軟件的多點(diǎn)遠(yuǎn)程溫度測(cè)控系統(tǒng),理想地實(shí)現(xiàn)

3、了對(duì)相關(guān)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)具有本錢低、可靠性高和使用方便等特點(diǎn),可應(yīng)用于倉(cāng)庫(kù)測(cè)溫、樓宇空調(diào)控制和生產(chǎn)過程監(jiān)控等領(lǐng)域。關(guān)鍵詞：DS18B20；單片機(jī)；溫度控制；集散控制系統(tǒng)；組態(tài)王AbstractIn industrial and agricultural production and daily life, all sectors are closely related to temperature, Temperature Measurement and Control occupy a very important position. At present, temperature m

4、easurement and control equipment has bee normal working majority of the premise that and the temperature requirements more stringent. Therefore, the temperature measurement and control method of attracting increasing attention.The paper introduces a simple temperature distributed control system (DCS

5、), the detection and control of the controlled objects are acplished by slave puters, and the supervision of the controlled objects and slave puters is implemented in the host puterbased on KingView.DS18B20 type digital thermometer has the characteristic of one-wire bus.Using DS18B20 and Microproces

6、sor AT89C51 build up sensor networks,which achieve the design of hardware and software for multiple spots temperature detected and control system. The main research topic is DS18B20 temperature cycle testing. The core technology was generated the DS18B20 timing through AT89S51 microprocessor to cont

7、rol DS18B20 read temperature. Conversion and read data through a unified AT89S51 microprocessor. Finally, thetemperature was displayed by LED. The entire temperature detection and control system is capableof detecting and controlling multipointtemperature for accurate measurement, the controlling ra

8、nge from room temperature to 125, control error is less than 0.5.The munication between PC and microprocessor based on RS 485 is described in detail in the paper.The distributed monitor and controlling system which was constitutive of RS 485 bus, have some advantage, such as few equipment,low-cost,l

9、ong distancesmunication and so on.King View software supports a powerful platform for real time detection project. Itsupports powerful function for data acquisition and management and man-machine interface.The real time state detection for temperature detected and control system based on King View s

10、oftware is designed to detect the devices and make sure the devices work in a reliable , effective and secure way.With lowcost,high reliability and convenience ofoperators, the system can be used in many fields such as the temperature measurement system of warehouse, the airconditioning control of b

11、uilding and the monitor of productive process.Keywords: DS18B20; Microprocessor; Temperaturecontrol;DCS; King View目 錄HYPERLINK l _1_課題的現(xiàn)狀及研究意義1 課題的現(xiàn)狀及研究意義2 HYPERLINK l _1.1_課題現(xiàn)狀 1.1課題現(xiàn)狀2 HYPERLINK l _1.2_研究意義 1.2研究意義2 HYPERLINK l _1.3_課題要求 1.3課題要求2HYPERLINK l _2_方案論證2方案論證 4 HYPERLINK l _2.1_集散溫度控制系統(tǒng)

12、工作原理 2.1集散溫度控制系統(tǒng)工作原理 4HYPERLINK l _2.2_主要器件2.2 主要器件選型 4HYPERLINK l _2.2.1_傳感器2.2.1 傳感器4 HYPERLINK l _2.2.2_主控單元 2.2.2 主控單元7 HYPERLINK l _2.2.3_顯示器件 2.2.3 顯示器件 7 HYPERLINK l _2.2.4控制模塊 2.2.4 控制模塊 7 HYPERLINK l _2.2.5_MA*485 2.2.5 MA*485 9 HYPERLINK l _2.3_上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控 2.3 上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控 11 HYPERLINK l _2.4_系統(tǒng)總體設(shè)

13、計(jì)框圖 2.4 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 11HYPERLINK l _3_硬件電路設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)3硬件電路實(shí)現(xiàn) 12HYPERLINK l _3.2_DS18B20連接方式3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng) 12HYPERLINK l _4.2_DS18B20供電方式3.2 DS18B20連接方式 13HYPERLINK l _3.3鍵盤和數(shù)碼顯示電路3.3 鍵盤和數(shù)碼顯示電路 14 HYPERLINK l _3.4_遠(yuǎn)距離通信電路 3.4遠(yuǎn)距離通信電路 17 HYPERLINK l _3.5_控制電路 3.5 控制電路 18HYPERLINK l _4_軟件設(shè)計(jì)4軟件設(shè)計(jì) 19 HYPERLINK l _4.1

14、_概述 4.1 概述19 HYPERLINK l _4.2_主程序 4.2主程序19HYPERLINK l _5.3_溫度讀取程序4.3溫度讀取程序 20 HYPERLINK l _4.4_DS18B20初始化、讀寫程序 4.4DS18B20初始化、讀寫程序 26 HYPERLINK l _4.5_數(shù)碼顯示程序 4.5數(shù)碼顯示程序 27 HYPERLINK l _4.6_按鍵掃描程序 4.6 按鍵掃描程序 28 HYPERLINK l _4.8_控制程序 4.8 控制程序 . 31 HYPERLINK l _4.9_組態(tài)王監(jiān)控界面設(shè)計(jì) 4.9 組態(tài)王監(jiān)控界面設(shè)計(jì) 32HYPERLINK l _

15、5_系統(tǒng)調(diào)試5系統(tǒng)調(diào)試 33 HYPERLINK l _6_結(jié)論 6結(jié)論 35HYPERLINK l _謝_辭辭36HYPERLINK l _參考文獻(xiàn)_參考文獻(xiàn) 37 HYPERLINK l _附錄1_系統(tǒng)原理圖： 附錄38-. z HYPERLINK l _目_ o 返回目錄 引言目前,典型的溫度測(cè)控系統(tǒng)是由模擬式溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)組成。自動(dòng)化程度和可靠性較高,使用方便,得到了廣泛應(yīng)用。但是由于模擬式溫度傳感器輸出為模擬信號(hào),必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)獲得數(shù)字信號(hào)后才能與單片機(jī)等微處理器接口,使得硬件電路構(gòu)造復(fù)雜,本錢較高。而以DS18B20為代表的新型單總線數(shù)字式溫度傳感器集溫

16、度測(cè)量和A/D轉(zhuǎn)換于一體,直接輸出數(shù)字量,與單片機(jī)接口幾乎不需要外圍元件,使得硬件電路構(gòu)造簡(jiǎn)單,廣泛使用于遠(yuǎn)距離、多節(jié)點(diǎn)的場(chǎng)合。具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。DCS是分散控制系統(tǒng)Distributed Control System的簡(jiǎn)稱，國(guó)一般習(xí)慣稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個(gè)由過程控制級(jí)和過程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)puter、通訊munication、顯示CRT和控制Control等4C技術(shù)，其根本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活、組態(tài)方便。DCS具有高可靠性、靈活性、易于維護(hù)等特點(diǎn)。本文將介紹一種基于DS18B20的典型溫度集散控制系統(tǒng)。免積分免積分免

17、積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免

18、積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免

19、積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分免積分1 HYPERLINK l _目_ o 返回目錄 課題的現(xiàn)狀及研究意義1.1課題現(xiàn)狀溫度是一個(gè)和人們生活環(huán)境有著密切關(guān)系的物理量，也是一種在生產(chǎn)、科研、生活中需要測(cè)量和控制的重要物理量，是國(guó)際單位制七個(gè)根本量之一。其測(cè)量控制一般產(chǎn)用各式各樣形態(tài)的溫度傳感器。根據(jù)它們?cè)谟嵦?hào)輸出方式上的不同又可以分為模擬溫度傳感器和數(shù)字溫度傳感器。模擬溫度傳感器

20、：模擬溫度傳感器有多種輸出形式絕對(duì)溫度、攝氏溫度和華氏溫度以及電壓偏移值。后者讓組件在使用單電源的情形下就能對(duì)負(fù)溫度值進(jìn)展監(jiān)測(cè)。模擬溫度傳感器的輸出還可以送到比擬器來產(chǎn)生超溫指示信號(hào)，或直接送到模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入，用來顯示實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)。模擬溫度傳感器適合需要低本錢、小體積和低功耗的應(yīng)用。另一種是溫度開關(guān)或邏輯輸出傳感器，這種傳感器會(huì)在溫度超過*個(gè)默認(rèn)值時(shí)輸出特定的邏輯訊號(hào)。而這個(gè)觸發(fā)點(diǎn)限制值可以預(yù)設(shè)，因此，這類組件讓設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單，本錢也更低。它的典型應(yīng)用如關(guān)閉系統(tǒng)電源，啟動(dòng)風(fēng)扇、空調(diào)、加熱器等。數(shù)字溫度傳感器：對(duì)于更嚴(yán)密控制能力、更高精度和更大分辨率的需求帶動(dòng)了數(shù)字溫度傳感器的開展。被測(cè)溫度

21、信號(hào)從敏感元件接收的非電量到轉(zhuǎn)換為微處理器可處理的數(shù)字信號(hào)，環(huán)節(jié)較多，而且模擬信號(hào)在長(zhǎng)距離傳輸?shù)倪^程中，受到的干擾較多，誤差較大。因此，從非電量轉(zhuǎn)換到數(shù)字信號(hào)，一般將其處理過程集成在單片IC器件體部，這樣就形成了功能強(qiáng)大，準(zhǔn)確的數(shù)字傳感器。由于各有優(yōu)缺點(diǎn)、各有自己的應(yīng)用圍和市場(chǎng)，數(shù)字式傳感器和模擬傳感器會(huì)并存很長(zhǎng)一段時(shí)間，但隨著材料科學(xué)和半導(dǎo)體技術(shù)的深入開展與合作，數(shù)字式傳感器測(cè)溫精度進(jìn)一步提高，測(cè)溫圍拓寬，生產(chǎn)本錢和銷售價(jià)格不斷降低，其開展趨勢(shì)必將取代模擬傳感器。1.2 研究意義目前,國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式,從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速開展。智能溫度傳感器DS18B20

22、將溫度傳感器、A/D傳感器、存放器、接口電路集成在一個(gè)芯片中,具有直接數(shù)字化輸出、測(cè)試及控制功能強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、微型化、微功耗的特點(diǎn)。DS18B20可以讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟(jì)的測(cè)溫系統(tǒng)。1.3課題要求設(shè)計(jì)的任務(wù)是采用單片機(jī)為核心器件，配合單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度采樣與控制，數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示溫度，通過RS485協(xié)議實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的遠(yuǎn)距離通信。上位機(jī)通過組態(tài)王軟件對(duì)下位機(jī)的工作進(jìn)展實(shí)時(shí)監(jiān)視并能設(shè)定下位機(jī)的工作參數(shù)。系統(tǒng)能有良好的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和可靠性。 HYPERLINK l _目_ o 返回目錄 2方案論證溫度檢測(cè)系統(tǒng)有則共同的特點(diǎn)：測(cè)量點(diǎn)多、環(huán)境復(fù)雜、布線

23、分散、現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)離監(jiān)控室等。假設(shè)采用一般溫度傳感器采集溫度信號(hào)，則需要設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路、A/D 轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的接口電路，才能把傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到計(jì)算機(jī)去處理。這樣，由于各種因素會(huì)造成檢測(cè)系統(tǒng)較大的偏差；又因?yàn)闄z測(cè)環(huán)境復(fù)雜、測(cè)量點(diǎn)多、信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)及各種干擾的影響，會(huì)使檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降 。所以多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于兩局部：溫度傳感器的選擇和主控單元的設(shè)計(jì)。溫度傳感器應(yīng)用圍廣泛、使用數(shù)量龐大，也高居各類傳感器之首。2.1集散溫度控制系統(tǒng)工作原理DCS集散式溫度控制系統(tǒng)可由一臺(tái)帶打印機(jī)的工控機(jī)(或配置較好的家用機(jī))采用工業(yè)RS232/RS485轉(zhuǎn)換器串行總線連接，

24、與多個(gè)智能模塊實(shí)現(xiàn)通信，工控機(jī)上采用組態(tài)軟件編制人機(jī)界面，從而實(shí)現(xiàn)集散溫度控制的功能。每個(gè)智能模塊的控制輸出端通過調(diào)壓模塊控制電加熱器，傳感器直接將溫度數(shù)據(jù)傳入智能模塊，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)溫度控制。其系統(tǒng)構(gòu)造如圖2.1所示。圖 2.1 DCS集散溫度控制系統(tǒng)構(gòu)造圖2.2 主要器件選型溫度檢測(cè)系統(tǒng)有則共同的特點(diǎn)：測(cè)量點(diǎn)多、環(huán)境復(fù)雜、布線分散、現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)離監(jiān)控室等。假設(shè)采用一般溫度傳感器采集溫度信號(hào)，則需要設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路、A/D 轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的接口電路，才能把傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到計(jì)算機(jī)去處理。這樣，由于各種因素會(huì)造成檢測(cè)系統(tǒng)較大的偏差；又因?yàn)闄z測(cè)環(huán)境復(fù)雜、測(cè)量點(diǎn)多、信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)及各種干擾的影

25、響，會(huì)使檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降 。所以多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于兩局部：溫度傳感器的選擇和主控單元的設(shè)計(jì)。溫度傳感器應(yīng)用圍廣泛、使用數(shù)量龐大，也高居各類傳感器之首。 傳感器方案1：采用熱敏電阻，可滿足40至90測(cè)量圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對(duì)于檢測(cè)1的信號(hào)是不適用的。而且在溫度測(cè)量系統(tǒng)中,采用單片溫度傳感器,比方AD590,LM35等.但這些芯片輸出的都是模擬信號(hào),必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后才能送給計(jì)算機(jī),這樣就使得測(cè)溫裝置的構(gòu)造較復(fù)雜.另外,這種測(cè)溫裝置的一根線上只能掛一個(gè)傳感器,不能進(jìn)展多點(diǎn)測(cè)量.即使能實(shí)現(xiàn)，也要用到復(fù)雜的算法，一定程度上也增加了軟件實(shí)現(xiàn)的難度。方案2：

26、在多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的測(cè)溫方法是將模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離采樣進(jìn)展AD轉(zhuǎn)換，而為了獲得較高的測(cè)溫精度，就必須采用措施解決由長(zhǎng)線傳輸，多點(diǎn)測(cè)量切換及放大電路零點(diǎn)漂移等造成的誤差補(bǔ)償問題。采用數(shù)字溫度芯片DS18B20測(cè)量溫度，輸出信號(hào)全數(shù)字化。便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測(cè)溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測(cè)溫元件，此元件線形較好。在0100時(shí)，最大線形偏差小于1。DS18B20的最大特點(diǎn)之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計(jì)DS1820和微控制器AT89S51構(gòu)成的溫度測(cè)量裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào),可直接與計(jì)算機(jī)連接。這樣,測(cè)溫系統(tǒng)的構(gòu)造就比擬簡(jiǎn)單,體積也不大,

27、且由于AT89C51可以帶多個(gè)DSB1820,因此可以非常容易實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量。輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。采用溫度芯片DS18B20測(cè)量溫度，可以表達(dá)系統(tǒng)芯片化的趨勢(shì)。局部功能電路的集成，使總體電路更簡(jiǎn)潔，搭建電路和焊接電路時(shí)更快。而且，集成塊的使用，有效地防止外界的干擾，提高測(cè)量電路的準(zhǔn)確度。所以集成芯片的使用將成為電路開展的一種趨勢(shì)。本方案應(yīng)用這一溫度芯片，也是順應(yīng)這一趨勢(shì)。DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的單總線可組網(wǎng)數(shù)字式溫度傳感器。它的測(cè)量圍為-50至+125，精度可達(dá)0.1不需A/D轉(zhuǎn)換電路，直接將溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。DS18B20遵循嚴(yán)格的單線串行通信協(xié)議，每一個(gè)DS18B

28、20在出廠時(shí)都用激光進(jìn)展了調(diào)較，并具有唯一的64位序列號(hào)，所以多個(gè)DS18B20可以共存與同一條線上。DS18B20的部使用了在板ON-BOARD專利技術(shù)。封裝為TO-92的DS18B20將全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路如圖2.2。其外圍電路簡(jiǎn)單，可廣泛應(yīng)用于溫度控制，溫度測(cè)量，工作系統(tǒng)及任何熱敏感系統(tǒng)中。圖 2.2 DS18B20引腳DS18B20的部主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM、單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器含便箋式RAM用于存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器存儲(chǔ)與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼CRC發(fā)生器等七局部。DS18B20的部構(gòu)造

29、如圖2.3所示。圖 2.3 DS18B20部構(gòu)造DS18B20測(cè)量溫度時(shí)使用特有的溫度測(cè)量技術(shù)。DS18B20部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號(hào)f。，高溫度系數(shù)振蕩器則將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)f。當(dāng)計(jì)數(shù)門翻開時(shí)，DS18B20對(duì)f。計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)門開通時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片部還有斜率累加器，可對(duì)頻率的非線性予以補(bǔ)償。測(cè)量結(jié)果存入溫度存放器中。一般情況下的溫度值應(yīng)為9位符號(hào)占1位，但因符號(hào)位擴(kuò)展成高8位，故以16位補(bǔ)碼形式讀出，表2.1給出了溫度和數(shù)字量的關(guān)系。表 2.1 DS18B20輸出數(shù)據(jù)與溫度關(guān)系DSl820工作過程分三步，如下：1初始化單總線上的所有處理均從初始化開場(chǎng)2RO

30、M操作品令總線主機(jī)檢測(cè)到DSl820的存在便可以發(fā)出ROM操作命令之一，如表2.2。表 2.2 DS18B20 ROM操作命令3存儲(chǔ)器操作命令存儲(chǔ)器命令如表2.3。表 2.3 DS18B20存儲(chǔ)器操作命令DS1820使用中考前須知 1較小的硬件開銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)展補(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)展讀寫編程時(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。對(duì)DS1820操作局部最好采用匯編語言實(shí)現(xiàn)。 2在DS1820的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS1820數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS1820，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所

31、掛DS1820超過8個(gè)時(shí)，就需解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問題，這一點(diǎn)在進(jìn)展多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。 3連接DS1820的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過50m時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá)150m，這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻?。因此，在用DS1820進(jìn)展長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。 4在DS1820測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向DS1820發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS1820的返回信號(hào)，一旦*個(gè)DS1820接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS1820時(shí)，將沒有返回信號(hào)，程序進(jìn)

32、入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)展DS1820硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。主控單元AT89系列單片機(jī)的核心是8031，在軟件和硬件方面與MCS-51系列完全兼容，AT89系列的指令與有關(guān)定義和MCS-51完全一樣，MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)編寫的程序可以直接使用。AT89系列的引腳排列、定義與MCS-51完全一致，可以直接替換。由于該單片機(jī)部有Flash ROM ，所以編寫的程序燒錄方便，易于擦除，可反復(fù)使用，非常方便用于對(duì)程序進(jìn)展修改，縮短研制周期，降低了研制本錢。AT89S51是AT89C51的升級(jí)產(chǎn)品，性能上較AT89C51有很大提升，在價(jià)格上卻與AT89S51差不多，甚至更低。AT

33、89S51顯著的特點(diǎn)是參加了在系統(tǒng)編程(ISP)功能，不再依靠專用的編程工具，改寫單片機(jī)存儲(chǔ)器的程序再也不需要把芯片從電路板上拆下。 基于性價(jià)比、低功耗及設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上考慮，選用了AT89S51來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。2.2.3 顯示器件顯示是微控系統(tǒng)的重要組成局部，主要顯示各種參數(shù)值，以便使現(xiàn)場(chǎng)工作人員能夠及時(shí)掌握生產(chǎn)過程。常用的顯示有CRT、LED、LCD 等。CRT 不僅可以進(jìn)展字符顯示，還可進(jìn)展畫面顯示，和計(jì)算機(jī)配合使用，可十分方便的生產(chǎn)過程的管理和監(jiān)視。但由于體積大、價(jià)格貴，所以只適用于大型系統(tǒng)。在小型生產(chǎn)過程中常選用LED、LCD 作為顯示器件。他們都具有體積小，功耗底，響應(yīng)速度快，易于匹配，

34、可靠性高和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，如果需要顯示的容只有數(shù)碼和*些字母，使用LED數(shù)碼管是一種較好的選擇。LED數(shù)碼管顯示清晰、本錢低廉、配置靈活，與單片機(jī)接口簡(jiǎn)單易行。本設(shè)計(jì)只要求顯示所測(cè)溫度數(shù)據(jù)，所以可用LED來顯示。控制模塊家用220V交流電有如下三種常見控制電路。電磁繼電器電磁繼電器是自動(dòng)控制電路中常用的一種元件。它是用較小電流控制較大電流的一種自動(dòng)開關(guān)，廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備中，是價(jià)格廉價(jià)，但開關(guān)速度較慢。2固態(tài)繼電器固態(tài)繼電器(SSR)與電磁繼電器相比，是一種沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)，不含運(yùn)動(dòng)零件的繼電器，但它具有與機(jī)電繼電器本質(zhì)上一樣的功能。SSR是一種全部由固態(tài)電子元件組成的無觸點(diǎn)開關(guān)

35、元件，他利用電子元器件的點(diǎn)，磁和光特性來完成輸入與輸出的可靠隔離，利用大功率三極管，功率場(chǎng)效應(yīng)管，單項(xiàng)可控硅和雙向可控硅等器件的開關(guān)特性，來到達(dá)無觸點(diǎn)，無火花地接通和斷開被控電路。固態(tài)繼電器按負(fù)載電源類型可分為交流型和直流型。按開關(guān)型式可分為常開型和常閉型。按隔離型式可分為混合型、變壓器隔離型和光電隔離型，以光電隔離型為最多。SSR固態(tài)繼電器以觸發(fā)形式,可分為零壓型(Z)和調(diào)相型(P)兩種。在輸入端施加適宜的控制信號(hào)VIN時(shí),P型SSR立即導(dǎo)通。當(dāng)VIN撤銷后,負(fù)載電流低于雙向可控硅維持電流時(shí)(交流換向),SSR關(guān)斷。 Z型SSR部包括過零檢測(cè)電路,在施加輸入信號(hào)VIN時(shí),只有當(dāng)負(fù)載電源電壓到

36、達(dá)過零區(qū)時(shí),SSR才能導(dǎo)通,并有可能造成電源半個(gè)周期的最大延時(shí)。Z型SSR關(guān)斷條件同P型,但由于負(fù)載工作電流近似正弦波,高次諧波干擾小,所以應(yīng)用廣泛。交流調(diào)功是一種Z型SSR普遍采用的方法,也能實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)。即在固定周期定周期的鋸齒電壓和來自前級(jí)誤差電壓作比擬,輸出方波實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。在計(jì)算機(jī)上采用計(jì)時(shí)算法,產(chǎn)生占空比可調(diào)的方波脈沖擊來實(shí)現(xiàn)。例如日本的SHIMADEW和OMRON公司的SR22、FD20、E5系列智能化控溫產(chǎn)品,配合Z型SSR,實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)控制,即通過計(jì)算機(jī)產(chǎn)生擾動(dòng),算出最正確PID控制參數(shù)。采用AC SSR(Z型)對(duì)中、低溫電熱器的控制,通過單片機(jī)控制SSR,其波形為完整的

37、正弦波(對(duì)交流電控制的最小周期為半個(gè)周期,即10ms),是一種較穩(wěn)定、可靠、抗干擾好的方法。固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)電路如圖2.4所示。圖 2.4 固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)電路3雙向可控硅雙向可控硅串在交流電源加熱電路中,在給定周期里改變可控硅開關(guān)的接通時(shí)間,就能改變加熱功率而實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。故單片機(jī)只要用一個(gè)I/O口,通過程序輸出控制脈沖控制可控硅通電時(shí)間，就能實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)。雙向可控硅驅(qū)動(dòng)電路如圖2.5所示。圖 2.5 雙向可控硅驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)用固態(tài)繼電器和雙向可控硅控制電路可實(shí)現(xiàn)PID控制，但此系統(tǒng)控制對(duì)象為電烤箱，電烤箱為大滯后系統(tǒng)，PID控制控制效果并不理想，而采取一定策略的分段開關(guān)控制有較好的效果。綜合考慮

38、決定采用本錢最低易于觀察的電磁繼電器控制電路。 MA*485在自動(dòng)化領(lǐng)域，隨著分布式控制系統(tǒng)的開展，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)的根底上，EIA研究出了一種支持多節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)距離和高靈敏度的RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)，本系統(tǒng)遠(yuǎn)端上位機(jī)與下位機(jī)的通信采用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)器來驅(qū)動(dòng)總線，具體規(guī)格要求： (1)接收器的輸入電阻RIN12k；(2)驅(qū)動(dòng)器能輸出7V的共模電壓；(3)輸入端的電容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終端電阻的大小與所用雙絞線的參數(shù)有關(guān)

39、；(5)接收器的輸入靈敏度為200mV即V+-V-0.2V，表示信號(hào)0”；V+-V-0.2V，表示信號(hào)1”。因?yàn)镽S-485的遠(yuǎn)距離、多節(jié)點(diǎn)32個(gè)以及傳輸線本錢低的特性，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)。圖2.6為RS-485的一種典型應(yīng)用。MA*485接口芯片是MA*IM公司的一種RS-485芯片。采用單一電源+5 V工作,額定電流為300A,采用半雙工通訊方式。它完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-485電平的功能。其引腳構(gòu)造如2.7所示。圖 2.6 MA*485典型應(yīng)用從圖2.7中可以看出,MA*485芯片的構(gòu)造和引腳都非常簡(jiǎn)單,部含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器。RO和DI端分別

40、為接收器的輸出和驅(qū)動(dòng)器的輸入端,與單片機(jī)連接時(shí)只需分別與單片機(jī)的R*D和T*D相連即可；RE和DE端分別為接收和發(fā)送的使能端,當(dāng)RE為邏輯0時(shí),器件處于接收狀態(tài)；當(dāng)DE為邏輯1時(shí),器件處于發(fā)送狀態(tài),因?yàn)镸A*485工作在半雙工狀態(tài),所以只需用單片機(jī)的一個(gè)管腳控制這兩個(gè)引腳即可；A端和B端分別為接收和發(fā)送的差分信號(hào)端,當(dāng)A引腳的電平高于B時(shí),代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1；當(dāng)A的電平低于B端時(shí),代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為0。在與單片機(jī)連接時(shí)接線非常簡(jiǎn)單。只需要一個(gè)信號(hào)控制MA*485的接收和發(fā)送即可。同時(shí)將A和B端之間加匹配電阻,一般可選100的電阻。圖 2.7 MA*485引腳構(gòu)造單片機(jī)實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)之間的通訊時(shí),必

41、須使用電平轉(zhuǎn)換接口芯片,因?yàn)閱纹瑱C(jī)輸出的是TTL電平,必須經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換才能和PC機(jī)的一致。本設(shè)計(jì)中采用RS-485協(xié)議進(jìn)展遠(yuǎn)距離通信,所以單片機(jī)需要采用RS-485接口；而在PC機(jī)側(cè)使用的是R S-232與R S-485的電平轉(zhuǎn)換接口。在設(shè)計(jì)中采用的是電平轉(zhuǎn)換模塊,該接口使用簡(jiǎn)便、無需外加電源,而且不用任何軟件初始化和修改。由于RS-485通信是一種半雙工通信,發(fā)送和接收共用同一物理信道。在任意時(shí)刻只允許一臺(tái)單機(jī)處于發(fā)送狀態(tài)。因此要求應(yīng)答的單機(jī)必須在監(jiān)聽到總線上呼叫信號(hào)已經(jīng)發(fā)送完畢,并且沒有其它單機(jī)發(fā)出應(yīng)答信號(hào)的情況下,才能應(yīng)答。半雙工通信對(duì)主機(jī)和從機(jī)的發(fā)送和接收時(shí)序有嚴(yán)格的要求。如果在時(shí)序上

42、配合不好,就會(huì)發(fā)生總線沖突,使整個(gè)系統(tǒng)的通信癱瘓,無常工作。要做到總線上的設(shè)備在時(shí)序上的嚴(yán)格配合,必須要遵從以下幾項(xiàng)原則。(1)復(fù)位時(shí),主從機(jī)都應(yīng)該處于接收狀態(tài)/RE和DE端相連為低時(shí),從機(jī)處于接收狀態(tài),在上電復(fù)位時(shí),由于硬件電路穩(wěn)定需要一定的時(shí)間,并且單片機(jī)各端口復(fù)位后處于高電平狀態(tài),這樣就會(huì)使總線上各個(gè)分機(jī)處于發(fā)送狀態(tài),加上上電時(shí)電路的不穩(wěn)定,可能向總線發(fā)送信息。因此,如果用一根口線作發(fā)送和接收控制信號(hào),應(yīng)該將口線反向后接入MA*485的控制端,使上電時(shí)MA*485處于接收狀態(tài)。(2)控制端/RE,DE的信號(hào)要求在RS-232,RS-422等全雙工通訊過程中,發(fā)送和接收信號(hào)分別在不同的物理

43、鏈路上傳輸,發(fā)送端始終為發(fā)送端,接收端始終為接收端,不存在發(fā)送、接收控制信號(hào)切換問題。在RS-485半雙工通信中,由于MA*485的發(fā)送和接收都由同一器件完成,并且發(fā)送和接收使用同一物理鏈路,必須對(duì)控制信號(hào)進(jìn)展切換?？刂菩盘?hào)何時(shí)為高電平,何時(shí)為低電平,一般以單片機(jī)的TI,RI信號(hào)作參考。發(fā)送時(shí),檢測(cè)TI是否建立起來,當(dāng)TI為高電平后關(guān)閉發(fā)送功能轉(zhuǎn)為接收功能;接收時(shí),檢測(cè)RI是否建立起來,當(dāng)RI為高電平后,接收完畢,又可以轉(zhuǎn)為發(fā)送。(3)發(fā)送控制信號(hào)在時(shí)序上的要求總線上所連接的各單機(jī)的發(fā)送控制信號(hào)在時(shí)序上完全隔開。為了保證發(fā)送和接收信號(hào)的完整和正確,防止總線上信號(hào)的碰撞,對(duì)總線的使用權(quán)必須進(jìn)展分

44、配才能防止競(jìng)爭(zhēng),連接到總線上的單機(jī),其發(fā)送控制信號(hào)在時(shí)間上要完全隔離?？傊?發(fā)送和接收控制信號(hào)應(yīng)該足夠?qū)?以保證完整地接收一幀數(shù)據(jù),任意兩個(gè)單機(jī)的發(fā)送控制信號(hào)在時(shí)間上完全分開,防止總線爭(zhēng)端。2.3 上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控組態(tài)Configuration就是用應(yīng)用軟件中提供的工具、方法、完成工程中*一具體任務(wù)的過程。 在組態(tài)概念出現(xiàn)之前，要實(shí)現(xiàn)*一任務(wù)，都是通過編寫程序如使用BASIC,C,FORTRAN等來實(shí)現(xiàn)的。編寫程序不但工作量大、周期長(zhǎng)，而且容易犯錯(cuò)誤，不能保證工期。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，解決了這個(gè)問題。對(duì)于過去需要幾個(gè)月的工作，通過組態(tài)幾天就可以完成。雖然說組態(tài)就是不需要編寫程序就能完成特定的應(yīng)用。但

45、是為了提供一些靈活性，組態(tài)軟件也提供了編程手段，一般都是置編譯系統(tǒng)，提供類BASIC語言，有的甚至支持VB。組態(tài)軟件的功能有：工業(yè)生產(chǎn)過程的動(dòng)態(tài)可視化控制；生產(chǎn)過程中生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和管理；生產(chǎn)過程監(jiān)控報(bào)警；報(bào)表功能；基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的上傳和相應(yīng)控制。 組態(tài)王6.5是亞控科技出品的優(yōu)秀組態(tài)軟件，使用更方便，功能更強(qiáng)大。在本設(shè)計(jì)中，上位機(jī)利用組態(tài)王建立用戶圖形界面對(duì)下位機(jī)進(jìn)展實(shí)時(shí)監(jiān)控。2.4 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖單片機(jī)AT89S51DS18B20數(shù)碼管顯示MA*485RS232轉(zhuǎn)RS485上位PC鍵盤輸入多路繼電器圖2.8 簡(jiǎn)易集散溫度控制系統(tǒng)單總線雙絞線綜合上述本設(shè)計(jì)將以DS18B20為傳感器、單片機(jī)A

46、T89S51為智能模塊、家用PC為上位機(jī)并以KingView為組態(tài)軟件構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)易的集散溫度控制系統(tǒng)，如圖2.8。 HYPERLINK l _目_ o 返回目錄 3硬件電路設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng),或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng).對(duì)51系列單片機(jī)來說,最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括:單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路. AT89S51單片機(jī)最小系統(tǒng)見圖3.1。圖 3.1 AT89S51單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路:由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成,由圖并結(jié)合電容電壓不能突變的性質(zhì),可以知道,當(dāng)系統(tǒng)一上電,RST腳將會(huì)出現(xiàn)高電平,并且,這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的RC值來決定.

47、典型的51單片機(jī)當(dāng)RST腳的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上就將復(fù)位,所以,適當(dāng)組合RC的取值就可以保證可靠的復(fù)位.一般教科書推薦C 取10,R取10K。當(dāng)然也有其他取法的,原則就是要讓RC組合可以在RST腳上產(chǎn)生不少于2個(gè)機(jī)周期的高電平。晶振電路：典型的晶振頻率有11.0592MHz和12MMHz兩種。取11.0592MHz的晶振可以準(zhǔn)確地得到9600bps和19200bps的波特率,利于有串口通訊的場(chǎng)合；取12MHz的晶振可以產(chǎn)生準(zhǔn)確的S級(jí)的機(jī)器周期,方便定時(shí)操作。本設(shè)計(jì)要與PC機(jī)通信所以將采用11.0592MHZ的晶振。電源電路：因?yàn)閱纹瑱C(jī)工作電源為+5V，且底層電路功耗很小。采用7805三端

48、穩(wěn)壓片即可滿足要求。具體電路圖3.2。整流橋的輸入為12V交流電。圖 3.2 7805穩(wěn)壓電源USB是 Universal Serial Bus 通用串行總線的縮寫，由 paq, Digital, IBM, Intel, Microsoft, NEC, Northern Tele 聯(lián)合推出。外觀上計(jì)算機(jī)一側(cè)為4針公插，設(shè)備一側(cè)為4針母插。現(xiàn)在USB已經(jīng)成為了我們生活中離不開的設(shè)備了，USB接口管腳定義為1.VCC +5VDC 2.DATA- 3.DATA+ 4.GND，它能穩(wěn)定的正5伏直流電。出于簡(jiǎn)潔和本錢方面的考慮，單片機(jī)可以直接從PC的USB接口竊電，本設(shè)計(jì)將采取USB供電方案。3.2 D

49、S18B20連接方式根據(jù)供電方式的不同DS18B20有兩種不同的接法。第一種：寄生電源在DS18B20部溫度轉(zhuǎn)換時(shí)，為DQ線上提供很強(qiáng)的上拉，采用電力MOSFET直接給DS18B20供電，這種供電方式有兩種好處：1進(jìn)展遠(yuǎn)距離測(cè)溫時(shí)，無需本地電源；2可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀ROM。采用這種供電方式時(shí)VDD必須接地，如圖3.3所示。圖 3.3 DS18B20寄生電源第二種：外接電源第二種供電方式使用得比擬普遍，具體電路如圖3.4所示。將外部電源直接接到DS18B20的VDD上，這種方式下單片機(jī)一個(gè)I/O口可以接上多個(gè)DS18B20芯片。本設(shè)計(jì)采用這種方式。圖 3.4 DS18B20外接電源3.

50、3鍵盤和數(shù)碼顯示電路數(shù)碼管由8個(gè)發(fā)光二極管組成的顯示器件,其中7個(gè)發(fā)光二極管排列成8”字形的筆畫段，另一個(gè)發(fā)光二極管為圓點(diǎn)狀，安裝在顯示器的右下角，作為小數(shù)點(diǎn)使用。通過發(fā)光二極管亮暗的不同組合，從而可顯示出09的阿拉伯?dāng)?shù)字符號(hào)及其他由這些筆畫段構(gòu)成的各種字符。其外形如圖3.5(a所示,a-g 和h 為8個(gè)發(fā)光二極管.在數(shù)碼管中,假設(shè)將二極管的陽極連在一起,稱為共陽極數(shù)碼管;假設(shè)將二極管的陰極連在一起,稱為共陰極數(shù)碼管,如圖3.5(b)所示：圖 3.5 數(shù)碼管原理圖LED數(shù)碼管的使用與發(fā)光二極管一樣，根據(jù)其材料不同正向壓降一般為1.52V額定電流為10mA，最大電流為40mA。靜態(tài)顯示時(shí)取10m

51、A為宜，動(dòng)態(tài)掃描顯示可加大，可脈沖電流，但一般不超過40mA。數(shù)碼顯示方法有兩種：靜態(tài)顯示法和動(dòng)態(tài)掃描顯示法。在本設(shè)計(jì)中，采用了動(dòng)態(tài)掃描顯示方法，電路如圖3.7。動(dòng)態(tài)掃描顯示是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的顯示方法之一。當(dāng)要求顯示位數(shù)較多時(shí)，為了簡(jiǎn)化電路、降低硬件本錢，通常采用動(dòng)態(tài)掃描顯示電路。動(dòng)態(tài)掃描顯示電路是將顯示各位的所有一樣字段線連在一起，每一位的a段連在一起，b段連在一起g段連在一起，共8段，由一個(gè)8位I/O口控制，而每一位的公共端共陽或共陰由另一個(gè)I/O口控制。這種連接方式由于將多位字段線連在一起，當(dāng)輸出字段碼時(shí)，由于多位同時(shí)選通，每一位將顯示一樣的容。因此，要想顯示不同的容。必須采取輪

52、流顯示的方式。即在*一瞬間時(shí)，只讓*一位的字位線處于選通狀態(tài)共陰極LED數(shù)碼管為低電平，共陽極為高電平，其他各位的字位線處于開斷狀態(tài)，同時(shí)字段線上輸出這一位相應(yīng)要顯示字符的字段碼。在這一瞬時(shí)，只有這一位在顯示，其他幾位暗。同樣在下一瞬時(shí)，單獨(dú)顯示下一樣，這樣依次輪流顯示，循環(huán)掃描。由于人的視覺滯留效應(yīng)，人們看到的是多位同時(shí)穩(wěn)定顯示。鍵盤是單片機(jī)不可缺少的輸入設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的紐帶。鍵盤按功能構(gòu)造可分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤，前者用軟件方法產(chǎn)生鍵碼，而后者則用硬件方法產(chǎn)生鍵碼。單片機(jī)中使用的是非編碼鍵盤，因?yàn)榉蔷幋a鍵盤構(gòu)造簡(jiǎn)單，本錢低廉。 多數(shù)鍵盤的按鍵均采用機(jī)械彈性開關(guān)。一個(gè)電信號(hào)通過機(jī)械觸

53、點(diǎn)的斷開,閉合過程,完成高,低電平的切換。由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用,一個(gè)按鍵開關(guān)及斷開的瞬間必然伴隨有一連串的抖動(dòng)。其波形如圖3.6a所示。抖動(dòng)過程的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定,一般為10-20ms。為了使CPU對(duì)一次按鍵動(dòng)作只確定一次,必須排除抖動(dòng)的影響?？梢詮挠布败浖煞矫嬷纸鉀Q。 硬件抖動(dòng)技術(shù)通過硬件電路消除按鍵過程中抖動(dòng)的影響是一種廣為采用的措施。這種做法工作可靠,且節(jié)約機(jī)時(shí)。濾波防抖電路利用RC積分電路對(duì)于干擾脈沖的吸收作用,只要選擇好時(shí)間常數(shù),就能在按鍵抖動(dòng)信號(hào)通過此濾波電路時(shí),消除抖動(dòng)的影響.濾波防抖動(dòng)電路圖,如圖3.6b所示。圖 3.6 濾波防抖電路如圖3.6可知，當(dāng)按鍵K未按

54、下時(shí)，電容C兩端電壓均為0，非門輸出為1。當(dāng)K按下時(shí)，由于C兩端電壓不可能產(chǎn)生突變，盡管在觸點(diǎn)接觸過程中可能出現(xiàn)抖動(dòng)，只要適中選取R1，R2和C值，即可保證電容C兩端的充電電壓波動(dòng)不超過非門的開啟電壓TTL為0.8V，非門的輸出將維持高電平。同理，當(dāng)觸點(diǎn)K斷開時(shí)，由于電容C經(jīng)過電阻R2放電，C兩端的放電電壓波動(dòng)不會(huì)超過門的關(guān)閉電壓，因此，門的輸出也不會(huì)改變?？傊?，只要R1，R2和C的時(shí)間常數(shù)選取得當(dāng)，確保電容C由穩(wěn)態(tài)電壓充電到開啟電壓，或放電到關(guān)閉電壓的延遲時(shí)間等于或大于10ms，該電路就能消除抖動(dòng)的影響。雙穩(wěn)態(tài)防抖電路用兩個(gè)與非門構(gòu)成一個(gè)RS觸發(fā)器，即可形成雙穩(wěn)態(tài)防抖電路。其原理電路如圖3.

55、7所示。設(shè)未按下時(shí)，鍵JK與A端ON接通。此時(shí)，RS觸發(fā)器的Q端為高電平1，致使Q！端為低電平0。此信號(hào)引至1*與非門的輸入端，將其鎖住，使其固定輸出1。每當(dāng)開關(guān)K被按動(dòng)時(shí)，由于機(jī)器開關(guān)具有彈性，在A端將形成一連串的抖動(dòng)波形。而Q！端在K到達(dá)B端前始終為0。這時(shí)，無論A處出現(xiàn)怎樣的電壓0或1，Q端衡為1。只有當(dāng)K到達(dá)B端。使B為0，RS觸發(fā)器產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，Q！變?yōu)楦唠娖?，?dǎo)致Q降低為0，并鎖住門2，使其輸出衡為1。此時(shí)，即使B處出現(xiàn)抖動(dòng)波形，也不會(huì)影響Q！端的輸出，從而保證Q端衡為0。同理，在釋放鍵的過程中，只要一接通A，Q端升為1。只要開關(guān)K不再與B接觸，雙穩(wěn)態(tài)電路的輸出將維持不變。圖 3.7

56、雙穩(wěn)態(tài)防抖電路2軟件防抖法如前所述，假設(shè)采用硬件防抖電路，則N個(gè)鍵就必須配有N個(gè)防抖電路。因此，當(dāng)鍵的個(gè)數(shù)比擬多時(shí)，硬件防抖將難以勝任。在這種情況下，可以采用軟件的方法進(jìn)展防抖。當(dāng)?shù)谝淮螜z測(cè)到有鍵按下時(shí)，先用軟件延時(shí)10ms-20ms，而后再確認(rèn)該鍵電平是否仍維持閉合狀態(tài)電平。假設(shè)保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)此鍵已按下。從而消除了抖動(dòng)的影響。本設(shè)計(jì)中使用的是簡(jiǎn)單的獨(dú)立鍵盤，軟件防抖動(dòng)，如圖3.8。圖 3.8顯示及按鍵電路3.4遠(yuǎn)距離通信電路影響RS-485總線通訊速度和通信可靠性的三個(gè)因素：在通信電纜中的信號(hào)反射在通信過程中，有兩種信號(hào)因?qū)е滦盘?hào)反射：阻抗不連續(xù)和阻抗不匹配。阻抗不連續(xù)，信號(hào)在傳輸

57、線末端突然遇到電纜阻抗很小甚至沒有，信號(hào)在這個(gè)地方就會(huì)引起反射。這種信號(hào)反射的原理，與光從一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)要引起反射是相似的。消除這種反射的方法，就必須在電纜的末端跨接一個(gè)與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻，使電纜的阻抗連續(xù)。由于信號(hào)在電纜上的傳輸是雙向的，因此，在通訊電纜的另一端可跨接一個(gè)同樣大小的終端電阻，如圖3.9所示。圖 3.9 MA*485阻抗匹配電路在通訊電纜中的信號(hào)衰減第二個(gè)影響信號(hào)傳輸?shù)囊蛩厥切盘?hào)在電纜的傳輸過程中衰減。一條傳輸電纜可以把它看出由分布電容、分布電感和電阻聯(lián)合組成的等效電路。電纜的分布電容C主要是由雙絞線的兩條平行導(dǎo)線產(chǎn)生。導(dǎo)線的電阻在這里對(duì)信號(hào)的影響很小，

58、可以忽略不計(jì)。信號(hào)的損失主要是由于電纜的分布電容和分布電感組成的LC低通濾波器。本設(shè)計(jì)采用了雙絞線作為傳輸線。在通訊電纜中的純阻負(fù)載影響通訊性能的第三個(gè)因素是純阻性負(fù)載也叫直流負(fù)載的大小。這里指的純阻性負(fù)載主要由終端電阻、偏置電阻和RS-485收發(fā)器三者構(gòu)成。在通訊波特率比擬高的時(shí)候，在線路上偏置電阻是很有必要的。偏置電阻的連接方法如圖3.10。它的作用是在線路進(jìn)入空閑狀態(tài)后，把總線上沒有數(shù)據(jù)時(shí)空閑方式的電平拉離0電平。這樣一來，即使線路中出現(xiàn)了比擬小的反射信號(hào)或干擾，掛接在總線上的數(shù)據(jù)接收器也不會(huì)由于這些信號(hào)的到來而產(chǎn)生誤動(dòng)作。在實(shí)際應(yīng)用中，RS-485總線加偏置電阻有兩種方法：把偏置電阻平

59、衡分配給總線上的每一個(gè)收發(fā)器。這種方法給掛接在RS-485總線上的每一個(gè)收發(fā)器加了偏置電阻，給每一個(gè)收發(fā)器都加了一個(gè)偏置電壓。在一段總線上只用一對(duì)偏置電阻。這種方法對(duì)總線上存在大的反射信號(hào)或干擾信號(hào)比擬有效。值得注意的是偏置電阻的參加，增加了總線的負(fù)載。在PC機(jī)端加上RS-232轉(zhuǎn)RS485模塊后，最終通信電路設(shè)計(jì)如圖3.10。圖 3.10 遠(yuǎn)距離通信電路3.5控制電路圖 3.11 電磁繼電器驅(qū)動(dòng)電路 采用上拉電阻保證繼電器可靠接通與關(guān)斷。繼電器電路中一般都要在繼電器的線圈兩頭加一個(gè)二極管以吸收繼電器線圈斷電時(shí)產(chǎn)生的反電勢(shì)，防止干擾。單片機(jī)P21腳與一個(gè)PNP型三極管基極相連，經(jīng)三極管電流放大

60、后，直接驅(qū)動(dòng)繼電器，繼電器的開和關(guān)完全由三極管的基極電平進(jìn)展控制。當(dāng)單片機(jī)P21口輸出高電平，PNP型三極管截止，這時(shí)繼電器不工作；反之為低電平的話，PNP型三極管導(dǎo)通，繼電器得電吸合。電路如圖3.11。 HYPERLINK l _目_ 4軟件設(shè)計(jì)4.1概述整個(gè)系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)硬件根本定型后，軟件的功能也就根本定下來了。從軟件的功能不同可分為兩大類：一是監(jiān)控軟件主程序，它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件，它是用來完成各種實(shí)質(zhì)性的功能如測(cè)量、計(jì)算、顯示、通訊等。每一個(gè)執(zhí)行軟件也就是一個(gè)小的功能執(zhí)行模塊。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并