本科論文鍋爐溫度監(jiān)控系統(tǒng)

1、學(xué)士學(xué)位論文 摘 要鍋爐是人類(lèi)供熱，取暖的主要來(lái)源，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和對(duì)鍋爐容量，參數(shù)要求的不斷提高，鍋爐容量和技術(shù)得到迅速發(fā)展，越來(lái)越智能化。本課題的設(shè)計(jì)正是基于智能化這個(gè)目的，在本設(shè)計(jì)中利用鉑電阻采集鍋爐房?jī)?nèi)的各個(gè)點(diǎn)的溫度給單片機(jī)，由單片機(jī)通過(guò)led顯示屏直觀準(zhǔn)確的進(jìn)行顯示，并且把采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)rs485傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，使人在電腦面前就能觀測(cè)到鍋爐房?jī)?nèi)的溫度情況，而且監(jiān)測(cè)人員可以通過(guò)電腦把監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)任意時(shí)刻的溫度曲線調(diào)出，便于前后對(duì)照，為以后的維修提供了數(shù)據(jù)保障。而且在本設(shè)計(jì)中使用了ds1302時(shí)鐘芯片，使檢測(cè)人員可以在現(xiàn)場(chǎng)知道準(zhǔn)確的時(shí)間，時(shí)鐘的調(diào)節(jié)可以通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。上位機(jī)傳送給單片

2、機(jī)的修正值存儲(chǔ)在e2prom 93c46中，單片機(jī)每次開(kāi)機(jī)時(shí)便讀取其中數(shù)據(jù)修改pt100所測(cè)得的溫度值，減少環(huán)境和儀器造成的誤差，為監(jiān)測(cè)人員提供更準(zhǔn)確的溫度數(shù)據(jù)。通過(guò)本設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)人員可以遠(yuǎn)程監(jiān)控鍋爐房?jī)?nèi)的溫度，為鍋爐管理提供了方便。關(guān)鍵詞：鉑電阻; 單片機(jī)；溫度采集abstractboiler is used to supply heat for people. with automatic technology and information technologys development, the management of boiler will be more and more inte

3、lligent.in our designing ,basis on the object of intelligent. we use platinum resistance to collect some pointss temperature of stokenhold, then microcontroller receives the temperature and show it by led, and microcontroller send the temperature to monitoring computer by rs-485 communication protoc

4、ol. so the manager can watch boilers condition from monitoring computer,and the watcher can check every times temperature at every moment. and we used ds1302 as time chip, the watchers can know time in locale, even we can adjust time through monitoring computer. monitoring computer send a correct nu

5、mber to the microcontroller, and the microcontroller save this number to 93c46.while the microcontroller start up again ,it will read the correct number from 93c46 to redress the temperature get by pt100 to reduce error worked by environment and instrument. it will supply more correct temperature nu

6、mber to the managers.through our designing, the watcher can watch and control stokenhold in long-distance, it provide convenience to managers.key words: platinum resistance; microcontroller ;temperature collection目錄引 言11 系統(tǒng)硬件組成31.1 系統(tǒng)各部分工作原理31.1.1 總體硬件架構(gòu)31.1.2 硬件電路工作原理41.2 芯片選型及功能簡(jiǎn)介41.2.1 sm8952內(nèi)部結(jié)構(gòu)

7、41.2.2 12位a/d轉(zhuǎn)換器mcp320491.2.3 串入并出顯示芯片74hc595141.2.4 通信結(jié)構(gòu)151.2.5 led顯示屏161.2.6 時(shí)鐘芯片ds1302171.2.7 存儲(chǔ)芯片93c46182 軟件設(shè)計(jì)212.1 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)212.2 軟件設(shè)計(jì)時(shí)序解析232.3 主程序流程圖242.4 串行通訊流程圖252.5 t0中斷流程圖和74hc595串入并出溫度顯示程序流程圖262.6 74hc595串入并出時(shí)間顯示程序流程圖272.7 時(shí)間調(diào)節(jié)程序流程圖283 軟件調(diào)試313.1 調(diào)試過(guò)程概述313.2 程序調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題及改進(jìn)方案33總 結(jié)35致 謝36參考文獻(xiàn)37附

8、 錄38附錄a38附錄a.1 英文原文38附錄a.2 漢語(yǔ)翻譯44iv沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文引 言在自動(dòng)控制領(lǐng)域中，溫度檢測(cè)與控制占有很重要地位。溫度測(cè)控系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和人們的生活領(lǐng)域，也得到了廣泛的應(yīng)用。在大多數(shù)測(cè)控系統(tǒng)中，溫度都是必不可少的檢測(cè)量，溫度傳感器也是測(cè)控系統(tǒng)中十分重要的傳感器件。隨著數(shù)字化傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了各種類(lèi)型的數(shù)字溫度傳感器。數(shù)字溫度傳感器可以直接將被檢測(cè)的溫度信息以數(shù)字化形式輸出，與傳統(tǒng)的模擬式溫度傳感器相比，具有測(cè)量精度高、功耗低、穩(wěn)定性好、外圍接口電路簡(jiǎn)單特點(diǎn)。而且單片機(jī)微處理器越來(lái)越豐富的外圍功能模塊，更加方便了數(shù)字式溫度傳感器輸出信號(hào)的處

9、理。本設(shè)計(jì)正是用單片機(jī)微處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)。盡管目前市場(chǎng)上針對(duì)溫度測(cè)量的檢測(cè)儀器不在少數(shù)，而且，其制作的水平無(wú)論在工藝還是在測(cè)量的精度上都不斷的在提高，但要得到高精度、寬量程以及多通道的溫度檢測(cè)儀，價(jià)格都十分昂貴，本文的立足點(diǎn)是，運(yùn)用比較常規(guī)的溫度傳感器以及價(jià)格低廉的電子元件構(gòu)成低成本、高性能的智能系統(tǒng)。本系統(tǒng)是為北方的供暖鍋爐設(shè)計(jì)的回水溫度檢測(cè)系統(tǒng)。在我國(guó)北方絕大部分地區(qū)冬天要靠供暖鍋爐來(lái)解決供暖問(wèn)題，在供暖鍋爐車(chē)間需要知道從用戶返回來(lái)的水的溫度，從而對(duì)鍋爐的運(yùn)作進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。本系統(tǒng)在鍋爐車(chē)間安裝了大的led顯示屏，用來(lái)給操作工人提供可以參考的信息。同時(shí)數(shù)據(jù)也可以傳送給計(jì)算機(jī)，使得決

10、策者可以不用到車(chē)間就能夠知道鍋爐的回水溫度情況。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我嚴(yán)格按照畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求，在指導(dǎo)教師的引導(dǎo)下，按時(shí)完成了設(shè)計(jì)。用pt100與輔助測(cè)量電路將-40100溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成05v的電壓信號(hào)，12位a/d轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成04095的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)查表分段插值轉(zhuǎn)換成溫度，總計(jì)可以采集現(xiàn)場(chǎng)的8路溫度，測(cè)得溫度的精度可以達(dá)到0.1。通信模塊部分將溫度值通過(guò)rs485通信的方式上傳給上位機(jī)。本設(shè)計(jì)基于鉑電阻測(cè)溫原理,以sm89c52單片機(jī)為控制核心，利用串行接口12位a/d轉(zhuǎn)換器mcp3204等芯片組成來(lái)實(shí)現(xiàn)鉑電阻測(cè)溫過(guò)程，并通過(guò)led數(shù)碼管來(lái)實(shí)現(xiàn)字符的顯示, ,順利的完成單片機(jī)軟

11、件部分的設(shè)計(jì),并結(jié)合硬件電路原理圖根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能利用其程序設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)調(diào)試之后做成了有實(shí)用價(jià)值的鉑電阻測(cè)溫顯示屏，從而實(shí)現(xiàn)了從理論與實(shí)踐相結(jié)合的這一過(guò)程。 本系統(tǒng)軟件采用單片機(jī)c程序設(shè)計(jì)，因?yàn)殡S著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，電子工程師需要能在短時(shí)間內(nèi)編寫(xiě)出執(zhí)行效率高、運(yùn)行可靠的代碼。同時(shí)，由于實(shí)際系統(tǒng)的日趨復(fù)雜，使得代碼的規(guī)范性、模塊化的要求越來(lái)越高，以方便多個(gè)工程師以軟件工程的形式進(jìn)行協(xié)同開(kāi)發(fā)，而c語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)化和高效性滿足了這樣的需要所以選用c語(yǔ)言進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。第1章 硬件原理1.1 系統(tǒng)工作原理1.1.1 硬件結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)主要以sm8952單片機(jī)為控制核心, 利用三線制電橋設(shè)計(jì)鉑電阻測(cè)溫電路

12、，通過(guò)橋式電路轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大及a/d轉(zhuǎn)換后送單片機(jī)進(jìn)行處理。系統(tǒng)主要由鉑電阻測(cè)溫電路、放大電路，時(shí)鐘電路，復(fù)位按扭，電源組成。并通過(guò)led數(shù)碼管來(lái)實(shí)現(xiàn)字符的顯示，用12位a/d轉(zhuǎn)換器mcp3204以實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。測(cè)溫儀的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1.1所示。考慮到功耗及整機(jī)的精度和價(jià)格等問(wèn)題,測(cè)溫儀的單片機(jī)控制器采用51系列單片機(jī)。測(cè)溫系統(tǒng)采用不平衡電橋測(cè)量鉑電阻隨溫度變化的電壓信號(hào),經(jīng)過(guò)放大、a/d轉(zhuǎn)換后,送到單片機(jī)中進(jìn)行處理和顯示。采集時(shí)顯示最值溫度,超過(guò)設(shè)定值則報(bào)警。本測(cè)溫儀通過(guò)rs485通信方式與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信,上位機(jī)負(fù)責(zé)設(shè)置采集開(kāi)始時(shí)間、采集間隔時(shí)間等參數(shù),并讀取下位機(jī)數(shù)據(jù),進(jìn)

13、行數(shù)據(jù)分析和處理。  時(shí)鐘電路鉑電阻測(cè)溫電路放大電路a/d轉(zhuǎn)換電路at89c52單片機(jī)led顯示計(jì)算機(jī)通信（rs485） 圖1.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖1.1.2 硬件工作原理鉑電阻是將0.050.07的鉑絲繞在線圈骨架上封裝在玻璃或陶瓷管等保護(hù)管內(nèi)構(gòu)成。溫度范圍在-40650以內(nèi)，鉑電阻一般是三線制，其中一端接一根引線另一端接二根引線，主要為遠(yuǎn)距離測(cè)量消除引線電阻對(duì)橋臂的影響(近距離可用二線制，導(dǎo)線電阻忽略不計(jì)。)。由pt100溫度傳感器采集到鍋爐的回水溫度電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器、a/d轉(zhuǎn)換器，得到相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，由單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，經(jīng)通信電路實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)的通信，以及由led數(shù)碼

14、管組成的顯示電路顯示所測(cè)溫度。由于鉑電阻傳感器的非線形特性易產(chǎn)生測(cè)量誤差，本設(shè)計(jì)通過(guò)采用查表線性化法得出溫度各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的a/d轉(zhuǎn)換值,并且利用軟件算法實(shí)現(xiàn)了電路中各參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整選取,在盡可能提高分辨率的情況下使設(shè)計(jì)的電路在給定的溫度范圍內(nèi)各點(diǎn)的分辨率近似相等,從而方便了硬件電路的設(shè)計(jì)和電阻的選取,也減小了鉑電阻測(cè)溫電路的非線性誤差。1.2 芯片選型及功能簡(jiǎn)介1.2.1 sm8952內(nèi)部結(jié)構(gòu)sm8952是 內(nèi)含8 k內(nèi)存 的8 位單片機(jī)。它所具有的硬件特性和一套強(qiáng)大的指令集使它成為一種通用并且經(jīng)濟(jì)的處理器。這是我們?cè)诒驹O(shè)計(jì)中選擇它的原因。并且它擁有的 32 個(gè)i o口以及8k 內(nèi)存使它適合于混

15、合運(yùn)算和復(fù)數(shù)運(yùn)算。特性：* 工作電壓：3.0 3.6 v 在 l 版本中; 4.5 5.5v 在c 版本中;* 與其他 8952 系列單片機(jī)兼容;* 一個(gè)機(jī)器周期包含 12 個(gè)時(shí)鐘周期;* 8k 的內(nèi)部存儲(chǔ)空間;* 256 bytes 數(shù)據(jù)儲(chǔ)存空間;* 3 個(gè) 16 bit定時(shí)記數(shù)器;* 4 組 8 bit i o 口;* 全雙工串行通訊;* 位操作指令集;* 內(nèi)存空間頁(yè)跳躍; * 8 bit 無(wú)符號(hào)乘法;* bcd 算法;* 直接尋址;* 間接尋址* 嵌套中斷；* 兩個(gè)中斷優(yōu)先集；* 1 個(gè) 串行通訊接口；* 省電模式* 代碼保護(hù)模式；* 1 個(gè)看門(mén)狗系統(tǒng)；* 低電磁干擾；芯片結(jié)構(gòu)圖:圖1.

16、2 8952 的結(jié)構(gòu)圖單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖:圖1.3 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖看門(mén)狗( wdt )系統(tǒng)描述：看門(mén)狗系統(tǒng)( wdt )是一個(gè)一旦溢出便會(huì)產(chǎn)生重啟信號(hào)的16 位自由執(zhí)行計(jì)數(shù)器?？撮T(mén)狗經(jīng)常用于易受噪聲干擾，電源故障，放電影響而產(chǎn)生程序死循環(huán)或是失控的系統(tǒng)中。它可以幫助系統(tǒng)使用者將程序從失控狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)?？撮T(mén)狗不同于8952系統(tǒng)的定時(shí)器1，定時(shí)器2，和定時(shí)器3 。為了防止看門(mén)狗由于溢出發(fā)出重啟信號(hào)可以周期性的將看門(mén)狗系統(tǒng)的計(jì)數(shù)器清零7。sm8952a 的看門(mén)狗系統(tǒng)擁有可選擇源時(shí)鐘的輸入?？梢酝ㄟ^(guò)設(shè)置看門(mén)狗控制寄存器（ wdtc ）的 ps2 ps0 進(jìn)行控制?？磦児废到y(tǒng)的執(zhí)行可以通過(guò)將（ w

17、dtc ）的第 7 個(gè)bit（ wdte ） 置 1 實(shí)現(xiàn)。當(dāng)wdte置 1 后，16位計(jì)數(shù)器便從ps2 ps0選擇的基數(shù)開(kāi)始計(jì)時(shí)。如果溢出出則產(chǎn)生重啟信號(hào)。當(dāng)sm8951a sm8952a重啟后wdte被置 0。硬件重啟或wdt重啟也會(huì)使wdte置0；重啟wdt可以通過(guò)將wdtc的第5位（clear ）置 1。這可以清空16 位計(jì)數(shù)器并且讓其從起始點(diǎn)開(kāi)始計(jì)數(shù)。wdtc：圖1.4 wdtc 內(nèi)部結(jié)構(gòu)ps2 ps0 ：圖 1.5 ps2至 ps0 不同值時(shí)的選擇結(jié)果看門(mén)狗系統(tǒng)系統(tǒng)控制寄存器（ scnof，$bf）：圖 1.6 看門(mén)狗系統(tǒng)系統(tǒng)控制寄存器（ scnof，$bf）內(nèi)部結(jié)構(gòu)wdr：看門(mén)狗

18、系統(tǒng)重啟位，當(dāng)系統(tǒng)由于看門(mén)狗計(jì)數(shù)器溢出而重啟時(shí)wdr置1；alei：ale輸出抑制位，減少電磁干擾；scnof的第 7 位是看門(mén)狗系統(tǒng)重啟位。當(dāng)看門(mén)狗系統(tǒng)因?yàn)橐绯霎a(chǎn)生重啟信號(hào)時(shí)這一位便置 1 ；用戶可以通過(guò)查看這一位檢查是否有不可預(yù)知的重啟產(chǎn)生。減少電磁干擾功能：sm8952a 允許用戶通過(guò)將scnof 的第 0 位( alei )置 1 來(lái)實(shí)現(xiàn)減少電磁干擾功能。此項(xiàng)功能會(huì)將ale 口的時(shí)鐘信號(hào)抑制成fosc 6hz 。但此項(xiàng)功能只有在無(wú)外部程序存儲(chǔ)器或外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的情況下才可以使用。1.2.2 12位a/d轉(zhuǎn)換器mcp3204mcp3204是逐步求近的12位模擬數(shù)據(jù)（a/d）轉(zhuǎn)換器，帶有片

19、內(nèi)采樣和保持電路，mcp3204經(jīng)編程可以提供兩對(duì)偽差分輸入通道或者四條單端輸入通道，與器件的通信可以使用與spi協(xié)議兼容的簡(jiǎn)易串行接口進(jìn)行，器件的轉(zhuǎn)換率可達(dá)100ksps, mcp3204在寬電壓范圍內(nèi)（2.7v5.5v）工作，低電流設(shè)計(jì)使器件可在典型值分別為500na和320ua的待機(jī)電流和有效電流條件下工作8。mcp3204同時(shí)提供數(shù)字與模擬接地連線，這樣可以提供另外的方法來(lái)減少噪聲，模擬與數(shù)字電路相對(duì)于器件在內(nèi)部是各自分開(kāi)的。這樣減少了從器件的數(shù)字部分耦合到器件模擬部分的噪聲。這兩條地線通過(guò)電路板基低在內(nèi)部連接，基底電阻為5-10。如果不使用接地層，則這兩條地線必須連接到電路板上的vs

20、s。如果有接地層，則數(shù)字與模擬接地引腳都要連接到模擬接地層。如果同時(shí)具模擬與數(shù)字接地層，則數(shù)字與模擬接地引腳也應(yīng)連接到模擬接地層。采取這些步驟可以減少數(shù)字噪聲的數(shù)量，這些數(shù)字噪聲從電路板其他部分出發(fā)將耦合到a/d轉(zhuǎn)換器。mcp3204的引腳說(shuō)明如圖名稱(chēng) 功能 vdd +2.7v到5.5v供電電源 dgnd 數(shù)字接地agnd 模擬接地ch0-ch7 模擬輸入clk 串行時(shí)鐘din 串行數(shù)據(jù)輸入dout 串行數(shù)據(jù)輸出/cs/shdn 片選/關(guān)斷輸入vref 基準(zhǔn)電壓輸入圖1.7 mcp3204引腳說(shuō)明由于我們所要測(cè)量的溫度為-40100，精度要求為0.1。所以mcp3204的12位精度足以滿足系統(tǒng)

21、的要求。該芯片的參考電壓選擇+5v。mcp3204可以編程配置為2路偽差分輸入偏置或4路單端輸入。其差分非線性度（dnl）和整體非線性度（inl）為±1lsb。該系列工作原理和操作方簡(jiǎn)單靈活，下面介紹一下mcp3204芯片的 a/d轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)：（1）單電源工作，工作電壓范圍寬，可在2.7v5.5v電壓間工作；（2）功耗低，激活工作電流僅為400a，而維持工作電流僅0.5a；（3）工作方式靈活，單端輸入工作方式和準(zhǔn)差分輸入工作方式可通過(guò)命令設(shè)置，其中準(zhǔn)差分輸入工作方式能有效抑制輸入端共模干擾的影響；（4）與微處理器采用spi接口總線通訊，為微處理器節(jié)約了口線，同時(shí)也使數(shù)據(jù)采集更加方便

22、；（5）幾乎無(wú)外圍器件，從而減少了由于外圍器件而引入的干擾和誤差，同時(shí)也提高了可靠性；（6）有esd保護(hù)，所有管腳均能隨4kv靜電釋放；（7）轉(zhuǎn)換速度可達(dá)100khz；（8）適應(yīng)溫度范圍寬，可在-4085攝氏度之間工作；（9）性價(jià)比高，現(xiàn)時(shí)零售價(jià)低于30元人民幣，且性能較好。由于這些特點(diǎn)能夠滿足系統(tǒng)的要求，因此它成為了本次設(shè)計(jì)a/d部分的首選器件。 mcp3204主要由輸入通道選通開(kāi)關(guān)、采樣保持單元、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（dac）、比較器、12位逐次逼近寄存器（sar）、控制邏輯單元和移位寄存器等部分組成，如圖1.5所示。其轉(zhuǎn)換原理是：通過(guò)比較器，利用已知的標(biāo)準(zhǔn)電壓與被測(cè)電壓進(jìn)行比較，當(dāng)被測(cè)電壓與標(biāo)準(zhǔn)電

23、壓相等時(shí)，則該標(biāo)準(zhǔn)電壓即為a/d轉(zhuǎn)換的結(jié)果。標(biāo)準(zhǔn)電壓是按照二進(jìn)制編碼變化的可變量，通常它是由逐次逼近寄存器sar和dac產(chǎn)生的。sar用于產(chǎn)生一個(gè)二進(jìn)制編碼的數(shù)字量，dac將這個(gè)數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電壓即為標(biāo)準(zhǔn)電壓，sar的位數(shù)決定了a/d轉(zhuǎn)換器的分辨率，同時(shí)sar的位數(shù)又決定了a/d轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換過(guò)程中標(biāo)準(zhǔn)電壓與被測(cè)電壓比較的次數(shù)，也就是說(shuō)決定了完成一次a/d轉(zhuǎn)換的所需要的時(shí)間。每次進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換的通道號(hào)，通過(guò)控制邏輯選取。而轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，則通過(guò)移位寄存器串行口輸出。轉(zhuǎn)換輸出數(shù)據(jù)： (1.1)式中：從ch0ch3輸入的模擬電壓；   ：輸入5v參考電壓。 圖1.8 mcp32

24、04內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖a/d轉(zhuǎn)換的計(jì)算公式簡(jiǎn)介：對(duì)所用芯片mcp3204的引腳來(lái)說(shuō)，指的是ad輸出的最大值表示的電壓，agnd指的是ad輸出最小值表示的電壓，因?yàn)樵撔酒木葹?2，所以其分辨率為即4096，所謂的分辨率就是可在和agnd之間分成的最小區(qū)間的個(gè)數(shù)，所以每個(gè)區(qū)間的大小的電壓值為 (1.2)則已知的電壓=ad值× (1.3)所以可以得到經(jīng)過(guò)ad轉(zhuǎn)換器后的ad值。需要指出的是：（1）當(dāng)mcp3204接收命令數(shù)據(jù)時(shí)，時(shí)鐘clk的上升沿有效；當(dāng)mcp3204輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)時(shí)，時(shí)鐘clk的下降沿有效。（2）當(dāng)采樣結(jié)束后，讀取所有12位轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)必須在1.2ms時(shí)間內(nèi)完成，否則將影響轉(zhuǎn)換精

25、度。（3）當(dāng)mcp3204所在電路板有一地線層時(shí)，模擬地agnd管腳與數(shù)字地dgnd管腳應(yīng)當(dāng)連接到模擬地線層；當(dāng)所在電路板有模擬地線層和數(shù)字地線層時(shí)，agdn管腳和dgnd管腳將連接到模擬地線層；當(dāng)所在電路板沒(méi)有地線層時(shí)，必須將agnd管腳和dgnd管腳一起連到電路板的地線上，這將有效減少數(shù)字噪聲耦合到a/d轉(zhuǎn)換器上的機(jī)會(huì)。l a/d轉(zhuǎn)換原理分析模數(shù)轉(zhuǎn)換是將模擬入信號(hào)轉(zhuǎn)換為n 位二進(jìn)制數(shù)字輸出信號(hào)的技術(shù)。模數(shù)轉(zhuǎn)換包括采樣、保持、量化和編程四個(gè)過(guò)程。采樣就是將一個(gè)連續(xù)變化的信號(hào)x (t) 轉(zhuǎn)換成時(shí)間上離散的采樣信號(hào)x (n) 。通常采樣脈沖的寬度tw 是很短的,故采樣輸出是斷續(xù)的窄脈沖。要把一個(gè)

26、采樣輸出信號(hào)數(shù)字化,需要將采樣輸出所得的瞬時(shí)模擬信號(hào)保持一段時(shí)間,這就是保持過(guò)程。量化是將連續(xù)幅度的抽樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散時(shí)間、離散幅度的數(shù)字信號(hào),量化的主要問(wèn)題就是量化誤差。編碼是將量化后的信號(hào)編碼成二進(jìn)制代碼輸出。這些過(guò)程有些是合并進(jìn)行的。例如,采樣和保持就利用一個(gè)電路連接完成,量化和編碼也是在轉(zhuǎn)換過(guò)程同時(shí)實(shí)現(xiàn)的,且所用時(shí)間又是保持時(shí)間的一部分。l 逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換原理2本設(shè)計(jì)采用mcp3204逐次逼近型adc，逐次逼近型adc 包括1個(gè)比較器、1個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器、1個(gè)逐次逼近寄存器( sar) 和1個(gè)邏輯控制單元,如圖1.13 所示。轉(zhuǎn)換中的逐次逼近是按對(duì)分原理,由控制邏輯電路完成的。其大致

27、過(guò)程如下:啟動(dòng)轉(zhuǎn)換后,控制邏輯電路首先把逐次逼近寄存器的最高位置1 ,其它位置0 ,逐次逼近寄存器的這個(gè)內(nèi)容經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后得到約為滿量程輸出一半的電壓值。這個(gè)電壓值在比較器中與輸入信號(hào)進(jìn)行比較。比較器的輸出反饋到數(shù)模轉(zhuǎn)換器,并在下一次比較前對(duì)其進(jìn)行修正。在邏輯控制電路的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)下,逐次逼近寄存器不斷進(jìn)行比較和移位操作,直到完成最低有效位(lsb)的轉(zhuǎn)換。這時(shí)逐次逼近寄存器的各位值均已確定,逐次逼近轉(zhuǎn)換完成。由于逐次逼近型模數(shù)adc在1個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)只能完成1位轉(zhuǎn)換。n位轉(zhuǎn)換需要n個(gè)時(shí)鐘周期,故這種模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣速率不高,輸入帶寬也較低。它的優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單,便于實(shí)現(xiàn),不存在延遲問(wèn)題,適用于中速率而分

28、辨率要求較高的場(chǎng)合。l a/d轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)（1）轉(zhuǎn)換速度（conversion rate）轉(zhuǎn)換速度是指完成一次a/d轉(zhuǎn)換所需時(shí)間的倒數(shù)，是一個(gè)很重要的指標(biāo)。adc型號(hào)不同，轉(zhuǎn)換速度差別很大。通常，8位逐次比較式adc的轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us左右選用adc型應(yīng)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)需要而定。在控制時(shí)間允許情況下，應(yīng)盡量選用便宜的逐次比較式a/d轉(zhuǎn)換器。（2）轉(zhuǎn)換精度(conversion accuracy)adc的轉(zhuǎn)換精度有模擬誤差和數(shù)字誤差組成。模擬誤差是比較器、解碼網(wǎng)絡(luò)中電阻值以及基準(zhǔn)電壓波動(dòng)等引起的誤差。數(shù)字誤差主要包括丟失碼誤差和量化誤差，前者屬于非固定誤差，由器件質(zhì)量決定，后者和adc輸出數(shù)字量位數(shù)

29、有關(guān)，位數(shù)越多，誤差越小。在a/d轉(zhuǎn)換過(guò)程中，模擬量是一種連續(xù)變化的量，數(shù)字量是斷續(xù)的量。因此，a/d轉(zhuǎn)換位數(shù)固定后，并不會(huì)所有模擬電壓都能用數(shù)字量精確表示的。例如：假定三位二進(jìn)制a/d轉(zhuǎn)換器的滿量程值為vfs為7v，即輸入電壓為0v、1v、2v、3v、4v、5v、6v、7v時(shí)，三位數(shù)字量恰好只能有8種組合。如果模擬輸入電壓為其余值就會(huì)產(chǎn)生量化誤差，輸入模擬電壓為0.5v、1.5v、2.5v、3.5v、4.5v、5.5v、6.5v時(shí)量化誤差最大，應(yīng)當(dāng)是0.5v。顧量化誤差的定義是分辨率之半，其計(jì)算公式為： (1.4)硬件系統(tǒng)中pt100的a/d值與溫度的關(guān)系如下表:表1.1 pt100的a/d

30、值與溫度的對(duì)照表a/d值溫度值a/d值溫度值a/d值溫度值a/d值溫度值360-1111275-5223235320075407-4013720235640332680502-3514975247545344085627-30162010260050355890752-25174615272055368095875-201866202842603799100998-1519892529606540001011123-102112303084701.2.3 串入并出芯片74hc59574hc595是個(gè)8位的、帶8位輸出鎖存器、三態(tài)輸出的串行輸入/串行或并行輸出的移位寄存器。三態(tài)輸出是指帶有8個(gè)三

31、態(tài)門(mén)具有三態(tài)輸出功能。串行端沒(méi)有三態(tài)輸出功能。該器件與74hc164相比，突出的優(yōu)點(diǎn)是：由于有輸出鎖存器，當(dāng)串行數(shù)據(jù)移入移位寄存器的過(guò)程中，8位并行輸出端(q0q7)的數(shù)據(jù)不變化。只有當(dāng)鎖存時(shí)鐘來(lái)時(shí)，才把移位寄存器中的數(shù)據(jù)并行地送入8位輸出鎖存器中。因此74hc595中的移位寄存器接收串行的數(shù)據(jù)輸入，同時(shí)提供了一個(gè)串行的數(shù)據(jù)輸出，移位寄存器還提供并行的數(shù)據(jù)輸出到8位輸出鎖存器，而且移位寄存器和輸出鎖存器各有自己的時(shí)鐘輸入腳，所以可互不影響。移位寄存器還有一個(gè)復(fù)位控制輸入腳，以便復(fù)位（清零）移位寄存器的內(nèi)容。74hc595的主要特性：（1） 輸出驅(qū)動(dòng)能力：15個(gè)lsttl負(fù)載；（2） 輸出腳可直

32、接與cmos、nmos和ttl電路相連；（3） 工作電壓范圍：2v6v；（4） 工作溫度范圍：對(duì)于陶瓷封裝（后綴為j）、塑料封裝（后綴為n）和扁平封裝(后綴為的d)的產(chǎn)品，均為 -55+125；（5） 低的輸入電流：1µa；（6） 高的噪聲抑制能力。74hc595可在串行外圍接口上擴(kuò)展并行輸出口，除了可允許再擴(kuò)展其他串行接口外，還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是在 執(zhí)行串行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，輸出口上的數(shù)據(jù)不會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)，它們?cè)趓clk上跳時(shí)才一次性的改變?yōu)樾碌妮敵鲋怠?.2.4 通信電路本系統(tǒng)采用rs485接口芯片max487作為通訊口。max487是maxim公司生產(chǎn)的用于rs485和rs422通信的差分

33、總線小功率收發(fā)器，它含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)接收器，具有驅(qū)動(dòng)器接收器使能功能，輸入阻抗為14負(fù)載（48kw），節(jié)點(diǎn)數(shù)為128，即每個(gè)max487的驅(qū)動(dòng)器可驅(qū)動(dòng)128個(gè)標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載。max487的驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)成限斜率方式，使輸出信號(hào)邊沿不至于過(guò)陡，以避免在傳輸線產(chǎn)生過(guò)多的高頻分量，從而有效扼制了干擾現(xiàn)象。max487的接收靈敏度為±200mv，即接收端的差分電壓200mv時(shí)，接收器輸出為高電平，200mv時(shí)接收器輸出為低電平，介于±200mv之間時(shí)接收器輸出為不確定狀態(tài)，因此，一旦某個(gè)節(jié)點(diǎn)的接收器在總線空閑、傳輸線開(kāi)路或短路時(shí)產(chǎn)生低電平，將使串行接收器找不到起始位，從而引起通信異常，為

34、此，本系統(tǒng)在硬件上作了處理：將max487的a、b輸出端加接上拉、下拉電阻，保證在發(fā)出有效數(shù)據(jù)時(shí)所有接收器能接收到完整的數(shù)據(jù)。max487靜態(tài)工作電流為120a，5v單電源工作，在本系統(tǒng)中，max487采用半雙工通信方式，各節(jié)點(diǎn)間的通信通過(guò)一對(duì)雙絞線作為傳輸介質(zhì)，因雙絞線的特性阻抗為120，因此系統(tǒng)在max487的始端和末端各接一個(gè)120電阻以減少線路上傳輸信號(hào)的反射。由于主機(jī)與分機(jī)相隔較遠(yuǎn)，而分機(jī)系統(tǒng)上電或復(fù)位又常常不在同一時(shí)刻完成，如在此時(shí)某個(gè)max487處于發(fā)送狀態(tài)，將占用通信總線而使其它分機(jī)無(wú)法與主機(jī)進(jìn)行通信，本系統(tǒng)在89c52與max487之間加接光耦，保證了系統(tǒng)上電復(fù)位時(shí)max48

35、7的de端為“0”，有效解決了這個(gè)問(wèn)題。rs-485收發(fā)器分別采用平衡發(fā)送和差分接收，即在發(fā)送端驅(qū)動(dòng)器將ttl電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)輸出，在輸出端將差分信號(hào)變成ttl電平。因此，具有將強(qiáng)的電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)的能力，與此同時(shí)，提高接收器的靈敏度，能檢測(cè)至200mv的電壓，所以數(shù)據(jù)傳輸可達(dá)千米以外，rs-485許多電器規(guī)定與rs-485相仿，例如，都采用平衡傳輸方式，都需要在傳輸線上連接終接電阻等。最簡(jiǎn)單的rs-485通信電纜有兩條信號(hào)線路組成，通信電纜必須接大地參考點(diǎn)，這樣的連接線路能支持32對(duì)發(fā)送/接收端，為了避免地面電流，每個(gè)設(shè)備一定要接大地，另外，通信電纜應(yīng)包括第三信號(hào)參考線，連接到每

36、個(gè)設(shè)備的電纜地，若用屏蔽電纜，屏蔽應(yīng)接到電纜設(shè)備的機(jī)殼。rs-485可采用二線制或四線制連接方式，二線制連接方式能實(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)雙向通信，采用四線制連接方式時(shí)，只能實(shí)現(xiàn)一對(duì)多點(diǎn)的通信，即只能有一個(gè)主設(shè)備，其余為從設(shè)備。無(wú)論采用那種方式總線上可連接多達(dá)32個(gè)設(shè)備。rs-485驅(qū)動(dòng)器輸出電壓在-7+12v之間，rs-485接受器最小輸入阻抗為12k。rs-485的最大傳輸速率為10mb/s，當(dāng)波特率為1200b/s時(shí)，最大傳輸距離理論上可達(dá)15km。平衡雙絞線的長(zhǎng)度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率下，才可能使用規(guī)定最長(zhǎng)的電纜長(zhǎng)度。用51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)與pc機(jī)之間的通訊時(shí)，必須使用電平轉(zhuǎn)換接口芯片

37、，因?yàn)閱纹瑱C(jī)輸出的是ttl電平，必須經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換才能和pc機(jī)的一致。本文中采用的是rs485協(xié)議，所以單片機(jī)需要采用rs485接口；而在本設(shè)計(jì)中pc機(jī)側(cè)使用的是rs232與rs485的電平轉(zhuǎn)換接口。1.2.5 led顯示屏led顯示器是用發(fā)光二極管構(gòu)成的顯示器,為了適應(yīng)不同電路的需要,根據(jù)構(gòu)成led顯示器的發(fā)光二極管公共極的極性,有共陰極和共陽(yáng)極兩種形式。對(duì)共陰極數(shù)碼管,公共陰極接地,當(dāng)各段陰極上的電平為高電平時(shí),該段接通亮,電平為0時(shí),該段關(guān)斷不亮。對(duì)共陽(yáng)極數(shù)碼管則剛好相反,高電平不亮,低電平時(shí)亮。這種器件根據(jù)顯示數(shù)位分類(lèi),可以分為一位,雙位和多位led顯示器,一位led顯示器就稱(chēng)作led數(shù)

38、碼管,兩位以上的一般就稱(chēng)作led顯示器。在本設(shè)計(jì)中采用的是共陽(yáng)極led顯示器。要驅(qū)動(dòng)led顯示器顯示相應(yīng)字符,必須通過(guò)接口向其提供字符的筆段字型碼和數(shù)位代碼。當(dāng)led 顯示器用于微處理器或微控制器應(yīng)用系統(tǒng)時(shí),利用微處理器的強(qiáng)大功能通過(guò)軟件查表方式對(duì)所需要顯示的字符到筆段字型碼的變換實(shí)現(xiàn)譯碼不是一件困難的事,所以目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用都是采用這種軟件譯碼方式。led顯示器驅(qū)動(dòng)方式可以分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)和動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)兩種。靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)一般是通過(guò)數(shù)字集成電路對(duì)所需要顯示的字符筆段連續(xù)施加電壓;而動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)則是利用矩陣掃描方式間斷向需要顯示的字符筆段輪流施加電壓。靜態(tài)顯示,就是當(dāng)顯示器顯示某一字符時(shí),相應(yīng)段

39、的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止,并且顯示器的各位可同時(shí)顯示。靜態(tài)顯示時(shí),較小的驅(qū)動(dòng)電流就能得到較高的顯示亮度。當(dāng)led顯示器工作于靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)方式時(shí),不同數(shù)位的led數(shù)碼管的公共極(共陽(yáng)極或共陰極)將被連接在一起并接地或+5v,而每個(gè)數(shù)位的8根筆段線分別與一個(gè)8位鎖存器相連。不同數(shù)位的數(shù)碼管相互獨(dú)立,分別用不同的驅(qū)動(dòng)器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng),它們的顯示字符一旦確定,只要不改變顯示字符,相應(yīng)的鎖存器的輸出就將一直維持不變。這種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是編程容易、管理簡(jiǎn)單、顯示亮度高、穩(wěn)定性好、占用cpu時(shí)間較少,其缺點(diǎn)是占用硬件電路和微處理系統(tǒng)接口資源較多、引線多、印刷板布線復(fù)雜,硬件投入成本高。動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位地

40、輪流點(diǎn)亮顯示器的各個(gè)位(掃描),對(duì)于顯示器的每一位而言,每隔一端時(shí)間點(diǎn)亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān),也與點(diǎn)亮?xí)r間和時(shí)間間隔的比例有關(guān),當(dāng)led顯示器工作于動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)方式時(shí),通常把不同數(shù)位的同名筆段互連起來(lái),共用一個(gè)顯示驅(qū)動(dòng)器。每一個(gè)數(shù)位上的字符顯示都需要靠筆段字形驅(qū)動(dòng)和數(shù)位驅(qū)動(dòng)相結(jié)合,如果需要在不同數(shù)位上顯示不同的字符,可以依次傳送需要顯示字符筆段的字形碼,接著選通相應(yīng)數(shù)位顯示該位字符,利用人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象,只要掃描間隔時(shí)間恰當(dāng),就會(huì)感覺(jué)到不同數(shù)位上在同時(shí)穩(wěn)定地顯示不同的字符。動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是引線少,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,硬件成本相對(duì)較低。其缺點(diǎn)是需要不斷刷新,當(dāng)采用軟件掃描時(shí),占用c

41、pu的時(shí)間較多,當(dāng)采用硬件掃描時(shí),又會(huì)增加硬件成本,led顯示數(shù)位越多,顯示亮度越低,若處理不好或數(shù)位太多將會(huì)引起顯示閃爍。顯示板設(shè)計(jì)單片機(jī)將采集的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成顯示碼，傳送到顯示板，經(jīng)由移位寄存器74hc595芯片控制共陽(yáng)極led數(shù)碼管顯示。圖1.9 顯示板設(shè)計(jì)1.2.6 時(shí)鐘芯片ds1302ds1302是美國(guó)dallas公司推出的一種高性能、低功耗、帶ram的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓寬達(dá)2.55.5v。采用三線接口與cpu進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或ram數(shù)據(jù)。ds1302內(nèi)部有一個(gè)31×

42、;8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的ram寄存器。ds1302是ds1202的升級(jí)產(chǎn)品，與ds1202兼容，但增加了主電源后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。ds1302共有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為bcd 碼形式。此外，ds1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器及與ram相關(guān)的寄存器等。時(shí)鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫(xiě)除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。ds1302 與ram 相關(guān)的寄存器分為兩類(lèi)，一類(lèi)是單個(gè)ram單元，共31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)8位的字節(jié)，其命令控制字為cohfdh，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫(xiě)操作；

43、再一類(lèi)為突發(fā)方式下的ram寄存器，此方式下可一次性讀寫(xiě)所有的ram 的31 個(gè)字節(jié)，命令控制字為feh（寫(xiě)）、ffh（讀）。ds1302在測(cè)量系統(tǒng)中的硬件電路如圖，ds1302與cpu的連接僅需要三條線，即sclk（7）、i/o(6）、rst（5）。vcc2在單電源與電池供電的系統(tǒng)中提供低電源并提供低功率的電池備份。vcc在雙電源系統(tǒng)中提供主電源，在這種運(yùn)用方式下b1連接到備份電源，以便在沒(méi)有主電源的情況下能保存時(shí)間信息以及數(shù)據(jù)。ds1302由b1或vcc兩者中的較大者供電。當(dāng)vcc大于b1+0.2v時(shí)，vcc給ds1302供電。當(dāng)vcc小于b1時(shí)，ds1302由b1供電。 圖1.10 ds1

44、302的電路設(shè)計(jì)ds1302在應(yīng)用中注意的幾個(gè)問(wèn)題：1 ds1302每次上電時(shí)自動(dòng)處于暫停狀態(tài)，必須將秒寄存器的d7位改置為0始終電路才開(kāi)始記時(shí)工作。2 解除寫(xiě)保護(hù)寄存器的禁止?fàn)顟B(tài)，使之內(nèi)容為00。3 用多字節(jié)模式對(duì)時(shí)鐘/日歷寄存器進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)要求必須寫(xiě)滿8個(gè)數(shù)據(jù)否則無(wú)效。4 當(dāng)/rst被驅(qū)動(dòng)到1態(tài)時(shí)，sclk必須保護(hù)在0電平。5 在元件的上電過(guò)程中，在電源電壓達(dá)到2.5之前，/rst必須保持低電平，這可通過(guò)單片機(jī)先上電，ds1302后上電的次序或其他附加電路解決。1.2.7 存儲(chǔ)芯片93c4693c46 是一種存儲(chǔ)器,可以定義為16 位org 引腳接vcc，或者定義為8 位org 引腳接gn

45、d 的1k 位的串行e2prom，每一個(gè)的存儲(chǔ)器都可以通過(guò)di 引腳或do 引腳進(jìn)行寫(xiě)入或讀出，每一片93c46 都是采用先進(jìn)的cmos e2prom 浮動(dòng)門(mén)工藝加工器件?？梢越?jīng)受1,000,000 次的寫(xiě)入/擦除操作，片內(nèi)數(shù)據(jù)保存壽命達(dá)到100 年，器件可提供的封裝有dip-8 ，soic-8 ，tssop-8。器件特性：高速度操作；93c46 1mhz；低功耗工藝；電源電壓寬1.8 伏到6.0 伏；存儲(chǔ)器可選擇8 位或者16 位結(jié)構(gòu)；寫(xiě)入時(shí)自動(dòng)清除存儲(chǔ)器內(nèi)容；硬件和軟件寫(xiě)保護(hù)；慢上電寫(xiě)保護(hù)；1,000,000 次寫(xiě)入/擦除周期；100 年數(shù)據(jù)保存壽命；商業(yè)級(jí)工業(yè)級(jí)和汽車(chē)級(jí)溫度范圍；圖1.1

46、1 93c46引腳圖說(shuō)明當(dāng)注意：org 接vcc 時(shí)存儲(chǔ)器為16 位結(jié)構(gòu),當(dāng)org 接gnd 是存儲(chǔ)器為8 位結(jié)構(gòu);當(dāng)org引腳懸空時(shí)內(nèi)部的上拉電阻把存儲(chǔ)器選擇為16 位結(jié)構(gòu)。圖1.12 93c46管腳說(shuō)明第2章 軟件設(shè)計(jì)2.1軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)及c介紹keil51是德國(guó)keil公司開(kāi)發(fā)的單片機(jī)c語(yǔ)言編譯器，其前身是franklin c51，現(xiàn)在的最新版本v7功能已經(jīng)相當(dāng)不錯(cuò)，特別是兼容ansi c后又增加很多與硬件密切相關(guān)的編譯特性，使得在8051系列單片機(jī)上開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序更為方便和快捷。u vision2是一種集成化的文件管理編譯環(huán)境，本設(shè)計(jì)使用的編譯環(huán)境keil51，集成了文件編輯處理、編譯鏈接

47、、項(xiàng)目管理、窗口、工具管理和軟件仿真調(diào)試等多種功能，是相當(dāng)大的c51開(kāi)發(fā)工具。在keil的仿真功能中，有兩種仿真模式：軟件模擬方式和目標(biāo)板調(diào)試方式。在軟件模擬方式下，不需要任何8051單片機(jī)硬件即可完成用戶程序仿真調(diào)試，極大地提高了用戶程序開(kāi)發(fā)效率。在目標(biāo)板調(diào)試方式下，用戶可以將程序裝到自己的8051單片機(jī)系統(tǒng)版上，利用8051的串口與pc機(jī)進(jìn)行通信來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶程序的實(shí)時(shí)在線仿真。6在國(guó)內(nèi)，匯編語(yǔ)言仍然是比較流行的開(kāi)發(fā)工具。長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)編譯效率的偏見(jiàn)，以及不少程序員對(duì)使用匯編開(kāi)發(fā)硬件系統(tǒng)的習(xí)慣性，使c語(yǔ)言在不少地方遭到冷落。誠(chéng)然，優(yōu)秀程序員寫(xiě)出的匯編語(yǔ)言程序的確有執(zhí)行效率高的優(yōu)點(diǎn)，但其可移植性和可

48、讀性差，使其開(kāi)發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品在維護(hù)和功能升級(jí)方面都有極大的困難，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性也比較差。而使用c語(yǔ)言進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，有著匯編語(yǔ)言編程所不、可比擬的優(yōu)勢(shì)1 編程調(diào)試靈活方便c語(yǔ)言編程靈活，同時(shí)，當(dāng)前幾乎所有嵌入式系統(tǒng)都有相應(yīng)的c語(yǔ)言級(jí)別的仿真調(diào)試系統(tǒng)，調(diào)試十分方便。生成的代碼編譯效率高當(dāng)前較好的c語(yǔ)言編譯系統(tǒng)編譯出來(lái)的代碼效率只比直接使用匯編低20%如果使用優(yōu)化編譯選項(xiàng)甚至可以更低。2 模塊化開(kāi)發(fā)目前的軟硬件開(kāi)發(fā)都向模塊化、可復(fù)用性的目標(biāo)集中。不管是硬件還是軟件，都希望其有比較通用的接口在以后的開(kāi)發(fā)中如果需要實(shí)現(xiàn)相同或者相近的功能，就可以直接使用以前開(kāi)發(fā)過(guò)的模塊，盡量不做

49、或者少做改動(dòng)，以減少重復(fù)勞動(dòng)。如果使用c語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，數(shù)據(jù)交換可方便地通過(guò)約定實(shí)現(xiàn)，有利于多人協(xié)同進(jìn)行大項(xiàng)目的合作開(kāi)發(fā)。同時(shí)，c語(yǔ)言的模塊化開(kāi)發(fā)方式使開(kāi)發(fā)出來(lái)的程序模塊可不經(jīng)修改，直接被其他項(xiàng)目所用，這樣就可以很好地利用已有的大量c程序資源與豐富的庫(kù)函數(shù)，從而最大程度地實(shí)現(xiàn)資源共享。3 可移植性好由于不同系列的嵌入式系統(tǒng)的c語(yǔ)言編譯工具都是以ansi-c作為基礎(chǔ)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，因此，一種c語(yǔ)言環(huán)境下所編寫(xiě)的c語(yǔ)言程序，只需將部分與硬件相關(guān)的地方和編譯連接的參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)修改，就可方便移植到另外一種系列上，例如，c51下編寫(xiě)的程序通過(guò)改寫(xiě)頭文件以及少量的程序行，就可方便移植到196或pic系列上。也就是說(shuō)

50、，基于c語(yǔ)言環(huán)境下的嵌入式系統(tǒng)能基本達(dá)到平臺(tái)的無(wú)關(guān)性。c語(yǔ)言允許直接訪問(wèn)物理地址，可以直接對(duì)硬件進(jìn)行操作因此既具有高級(jí)語(yǔ)言的功能，又具有低級(jí)語(yǔ)言的許多功能，能夠像匯編語(yǔ)言一樣對(duì)位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作,而這三者是計(jì)算機(jī)最基本的工作單元，可以用來(lái)寫(xiě)系統(tǒng)軟件。4 便于項(xiàng)目維護(hù)管理用c語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的代碼便于開(kāi)發(fā)小組計(jì)劃項(xiàng)目、靈活管理、分工合作以及后期維護(hù)，基本上可以杜絕因開(kāi)發(fā)人員變化而給項(xiàng)目進(jìn)度、后期維護(hù)或升級(jí)所帶來(lái)的影響。從而保證整個(gè)系統(tǒng)的品質(zhì)、可靠性以及可升級(jí)性。2.2 軟件編程時(shí)序解析1 a/d轉(zhuǎn)換芯片mcp3204的時(shí)序串行通訊：與mcp3204的讀寫(xiě)可以利用標(biāo)準(zhǔn)的spi兼容串行接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)將

51、cs線拉低可以啟用通信。如果器件已上電而cs引角為低，則要將其拉高再拉低以啟動(dòng)通信。接受到第一個(gè)時(shí)鐘并且cs為低din高時(shí)，將構(gòu)成一個(gè)開(kāi)始位。開(kāi)始位之后跟隨的是sgl/diff位，它決定轉(zhuǎn)換是采用單端還是差分輸入模式進(jìn)行。接下來(lái)的三位（d0、d1、d2）用于選擇輸入通道的配置。在接收到開(kāi)始位以后，器件將在時(shí)鐘的第四個(gè)上升沿開(kāi)始對(duì)模擬輸入進(jìn)行采樣。采樣周期在緊跟著開(kāi)始位的第五個(gè)時(shí)鐘的下降沿結(jié)束。一旦輸入d0位，則還需要一個(gè)時(shí)鐘來(lái)完成采樣與保持周期（din不必考慮該時(shí)鐘）。在下一個(gè)時(shí)鐘的下降沿，器件將輸出一個(gè)低空位（null bit）.接下來(lái)的12個(gè)時(shí)鐘將輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果，從第七個(gè)時(shí)鐘的下降沿開(kāi)始開(kāi)始

52、（見(jiàn)圖2.3）。數(shù)據(jù)總是在時(shí)鐘的下降沿從器件輸出。如果12個(gè)數(shù)據(jù)位全部被發(fā)送而且器件在cs保持低電平時(shí)繼續(xù)接收時(shí)鐘，則器件將從lsb開(kāi)始輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。如果在cs仍為低時(shí)還有時(shí)鐘輸入器件（在lsb先行數(shù)據(jù)發(fā)送以后），器件則會(huì)無(wú)限制地按時(shí)鐘輸出零。時(shí)鐘芯片mcp3204的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2.1，引腳功能見(jiàn)表2.2所示，通道選擇見(jiàn)圖2.4.。圖2.1 mcp3204引腳圖引腳名稱(chēng)功能說(shuō)明vcc+2.7v 到 5.5v電源輸入gnd數(shù)字接地sgnd模擬接地ch0-ch3模擬量輸入clk串行時(shí)鐘din串行數(shù)據(jù)輸入dout串行數(shù)據(jù)輸出/shdn芯片選擇/關(guān)閉模擬量輸入vref參考電壓輸入圖2.2 mcp3204引

53、腳說(shuō)明圖2.3 mcp3204時(shí)序圖control bit selections inputconfiguration channel selectionsingle/diff d2 d1d0 1 x 0 0 single-ended cho 1 x 0 1 single-ended ch1 1 x 1 0 single-ended ch2 1 x 1 1 single-ended ch3 0 x 0 0 differentialcho=in+ ; ch1=in- 0 x 0 1 differential cho=in- ; ch1=in+ 0 x 1 0 differential ch2=in+ ; ch3=in- 0 x 1 1 differential ch2=in- ; ch3=in+圖2.4 mcp3204通道選擇mcp3204程序流程圖：圖 2.5 mcp3204程序流程圖2 移位寄存器74hc595時(shí)序 74hc595具有8位移位寄存器和一個(gè)存儲(chǔ)器，三態(tài)輸出功能。移位寄存器和存儲(chǔ)器是分別的時(shí)鐘。下面將就圖 74hc595的時(shí)序圖具體說(shuō)明其時(shí)鐘的時(shí)序，數(shù)據(jù)在srclk（串行移位時(shí)鐘輸入）的上升沿輸入，在rclk