溫度采集及報警系統(tǒng)的設(shè)計

1、【標(biāo)題】 溫度采集及報警系統(tǒng)的設(shè)計 【作者】曾 聰 【關(guān)鍵詞】 單片機  LM331  熱敏電阻  軟件系統(tǒng)  硬件系統(tǒng) 【指導(dǎo)老師】孫艷菱 【專業(yè)】電子信息科學(xué)與技術(shù) 【正文】1.前 言1.1溫度采集報警系統(tǒng)的設(shè)計背景隨著人們生活質(zhì)量的提高，現(xiàn)代社會中對溫度的采集和控制不僅應(yīng)用工廠生產(chǎn)也應(yīng)用于酒店、廠房以及家庭生活中。在一些實際應(yīng)用中，如：在溫度要求極其嚴(yán)格的生產(chǎn)廠房，溫度極小變化便可能對生產(chǎn)造成極大的影響。因此，這就需要一種能夠及時采集溫度并提供溫度數(shù)據(jù)值，使人們能夠?qū)囟茸黾皶r調(diào)整的電路。

2、而溫度采集報警系統(tǒng)的設(shè)計就是對所處不同環(huán)境下溫度值的采集和處理，當(dāng)溫度超過預(yù)設(shè)值時，提供報警，同時也可以通過按鍵讓人們能夠及時調(diào)整、改變溫度而達到所需值，從而使溫度能夠有效地服務(wù)于社會生產(chǎn)和生活。在目前眾多的單片機測溫電路中，對溫度的采集信號的處理多采用A/D轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后再交由單片機處理、執(zhí)行。但傳統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器在數(shù)據(jù)長距離傳輸、精度要求高、資金有限的場合下明顯受限，而且電路接口復(fù)雜 。本設(shè)計中提出的是一種將由V/F轉(zhuǎn)換器來代替A/D轉(zhuǎn)換器，通過利用單片機內(nèi)部的兩個定時器/計數(shù)器的協(xié)調(diào)工作，測量頻率的方法來測量溫度值。1.2 溫度采集報警系統(tǒng)設(shè)計的現(xiàn)實意義在

3、現(xiàn)實生活中，溫度采集報警系統(tǒng)是用于對溫度進行采集和監(jiān)控常見的電路，傳統(tǒng)的溫度采集報警系統(tǒng)電路多由A/D轉(zhuǎn)換器作為主要芯片。雖然A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，而且利用A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)制成的各種測試儀器因其測量結(jié)果準(zhǔn)確而受歡迎，但是在一些要求數(shù)據(jù)長距離傳輸、精確度較高的場合，采用一般的A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)就有諸多不便，這時可使用V/F轉(zhuǎn)換器代替A/D器件 。V/F轉(zhuǎn)換器是把電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率信號的器件，有良好的精度、線性度和積分輸入特點。此外，它應(yīng)用簡單，對外圍元件要求不高，環(huán)境適應(yīng)能力強，轉(zhuǎn)換速度不低于一般的雙積分型A/D器件，而且價格便宜、接口電路簡單。所以本次設(shè)計使用V/F轉(zhuǎn)換器芯片構(gòu)成溫

4、度采集報警系統(tǒng)。這樣即可以依靠單片機的可靠性和極高的性價比，也可能使電路簡化。1.3 溫度采集報警系統(tǒng)的功能單片機溫度采集報警系統(tǒng)是利用熱敏電阻與溫度的關(guān)系，由熱敏電阻構(gòu)成分壓電路采集溫度信號，并將溫度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，通過電壓/頻率轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成一定頻率的方波信號經(jīng)單片機處理并經(jīng)輸出驅(qū)動電路顯示于共陽極數(shù)碼管。系統(tǒng)采用熱敏電阻增加了采集溫度的范圍，同時該系統(tǒng)還具有超溫報警和自動控制功能。除此之外，考慮到測控會用于工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，可靠性要求比較重要，并要具有抗干擾能力和避免、消除干擾的能力，以保證系統(tǒng)平穩(wěn)工作。2. 系統(tǒng)總體分析2.1  設(shè)計思路及總體框

5、圖本系統(tǒng)設(shè)計思路是：首先由熱敏電阻采集溫度信號，再把其通過電壓頻率轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為一定頻率的方波信號，最后再交由單片機進行頻率測量和數(shù)據(jù)處理，把處理得到輸出值送LED數(shù)碼管顯示。系統(tǒng)中采用了熱敏電阻，所以其測溫范圍比較大，此外還有看門狗復(fù)位電路，晶振電路，啟動電路等。系統(tǒng)框圖如圖1.1所示：  圖1.1 系統(tǒng)總體框圖系統(tǒng)中選用單片機AT89C51擔(dān)任中央處理器，選用LM331作為電壓/頻率轉(zhuǎn)換芯片，選用MAX813L構(gòu)成看門狗電路。2.2  AT89C51單片機的性能及應(yīng)用單片機是早期Single Chip Microcomputer的直譯，它反映了早期單片

6、機的形態(tài)和本質(zhì)。然后，按照面向?qū)ο?，突出控制功能，在片?nèi)集成了許多外圍電路及外設(shè)接口，突破了傳統(tǒng)意義上的計算機結(jié)構(gòu)，發(fā)展成microcontroller的體系結(jié)構(gòu)，目前國外已普遍稱之為微控制器MCU（Microcontroller Unit）。鑒于它完全作嵌入應(yīng)用，故又稱為嵌入式微控制(Embedded Microcontrolle)  。 大多數(shù)單片機采用哈佛（Harvard）結(jié)構(gòu)體系，即數(shù)據(jù)存儲空間與程序存儲空間相互獨立的結(jié)構(gòu)體系 。它不同于一般通用計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即程序和數(shù)據(jù)共用一個空間的馮諾伊曼(Von Neumann)結(jié)構(gòu)。AT89C51單片機

7、溫度測控儀采用Atmel公司的AT89C51單片機，采用雙列直插封裝（DIP），有40個引腳。該單片機采用Atmel公司的高密度非易失性存儲技術(shù)制造，與美國Intel公司生產(chǎn)的MCS51系列單片機的指令和引腳設(shè)置兼容 。其主要特征如下：8位CPU內(nèi)置4K字節(jié)可重復(fù)編程Flash，可重復(fù)擦寫1000次完全定態(tài)操作：0Hz24Hz，可輸出時鐘信號128B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器32根可編程I/O線2個16位定時/計數(shù)器中斷系統(tǒng)有6個中斷源，可編為兩個優(yōu)先級一個全雙工可編程串行通道具有兩種節(jié)能模式：閑置模式和掉電模式值得注意的是，P0、P1、P2、P3口作為普通I/O口使用時都是準(zhǔn)雙向口結(jié)構(gòu)，其輸

8、入操作和輸出操作本質(zhì)不同，輸入操作是讀引腳狀態(tài)，輸出是對鎖存器的寫入操作。當(dāng)內(nèi)部總線給口鎖存器置0或1時，鎖存器中的0、1狀態(tài)立即反映到引腳上。但在輸入操作時，如果鎖存器狀態(tài)為0則引腳被鉗位0狀態(tài)，導(dǎo)致無法讀出引腳的高電平輸入。因此，準(zhǔn)雙向口作為輸入口時，應(yīng)先使鎖存器置1（稱之為置輸入方式）再將其讀入到引腳里 。例如：要將P1口的狀態(tài)讀入到累加器A中，應(yīng)執(zhí)行以下兩條指令：MOV P1，#0FFH ；P1口置入方式   MOV A， P1 ；讀P1口引腳狀態(tài)到A    另外，I/O口的端口自動識別功能，保證

9、了無論是P1口（低8位地址）P2口（高8位地址）的總線復(fù)用，還是P3口的功能復(fù)用，內(nèi)部資源自動選擇而不需要用指令進行狀態(tài)選擇。3. 硬件電路設(shè)計3.1 電路原理圖及其工作原理硬件電路圖如圖3.1（見附錄A）所示，本系統(tǒng)采用AT89C51作為控制芯片，由熱敏電阻的分壓電路進行溫度信號的采集并轉(zhuǎn)換為電壓信號，通過由芯片LM331及CBB型電容、電阻構(gòu)成V/F轉(zhuǎn)換電路，把電壓信號轉(zhuǎn)換為一定脈沖的頻率信號輸出。再通過單片機AT89C51進行數(shù)據(jù)處理后，一方面，把溫度值通過四位動態(tài)數(shù)碼管顯示出來，當(dāng)溫度超過預(yù)設(shè)值時，數(shù)碼管顯示“FFFF”，同時使P1.7變?yōu)楦唠娖剑瑥亩?qū)動蜂鳴器報警

10、。另一方面，通過開關(guān)K2、K3、K4的開關(guān)閉合情況來控制可控硅Z0409（Q8 、Q9）的通斷，來驅(qū)動電機的工作使溫度升高或者降低（圖中由D1、D2發(fā)光二極管的亮、暗來代替）。圖中圖中K11、K22、K33分別接單片機的P1.1、PI.2、P1.3， L、H接單片機的P2.1、P2.2。 圖3.1 電路原理圖3.2 輸入電路的設(shè)計3.2.1 熱敏電阻的介紹及阻值溫度的轉(zhuǎn)換原理3.2.1.1 熱敏電阻的介紹熱敏電阻包括正溫度系數(shù)（PTC）和負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻。PTC熱敏電阻PTC（Positive Temperature Co

11、eff1Cient）是指在某一溫度下電阻急劇增加、具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象或材料，可專門用作恒定溫度傳感器。該材料是以BaTiO3或SrTiO3或PbTiO3為主要成分的燒結(jié)體，其中摻入微量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等氧化物進行原子價控制而使之半導(dǎo)化，常將這種半導(dǎo)體化的BaTiO3等材料簡稱為半導(dǎo)（體）瓷；同時還添加增大其正電阻溫度系數(shù)的Mn、Fe、Cu、Cr的氧化物和起其他作用的添加物，采用一般陶瓷工藝成形、高溫?zé)Y(jié)而使鈦酸鉑等及其固溶體半導(dǎo)化，從而得到正特性的熱敏電阻材料 。其溫度系數(shù)及居里點溫度隨組分及燒結(jié)條件（尤其是冷卻溫度）不同而變化。NTC熱敏電阻NTC（Ne

12、gative Temperature Coeff1Cient）是指隨溫度上升電阻呈指數(shù)關(guān)系減小、具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象和材料。該材料是利用錳、銅、硅、鈷、鐵、鎳、鋅等兩種或兩種以上的金屬氧化物進行充分混合、成型、燒結(jié)等工藝而成的半導(dǎo)體陶瓷，可制成具有負(fù)溫度系數(shù)（NTC）的熱敏電阻。它的電阻率和材料常數(shù)隨材料、成分比例、燒結(jié)氣氛、燒結(jié)溫度和結(jié)構(gòu)狀態(tài)不同而變化。現(xiàn)在還出現(xiàn)了以碳化硅、硒化錫、氮化鉭等為代表的非氧化物系NTC熱敏電阻材料 。3.2.1.2 阻值溫度的轉(zhuǎn)換原理本系統(tǒng)中使用NTC熱敏電阻，當(dāng)溫度升高時，電阻值減小。熱敏電阻的阻值溫度特性曲線是一條指數(shù)曲線，非線性

13、度較大，因此在使用時要進行線性化處理。線性化處理雖然能夠改善熱敏電阻的特性曲線，但比較復(fù)雜。熱敏電阻特性曲線如圖3.2所示。為此可以在一定范圍內(nèi)把溫度與阻值作線性處理，以簡化計算。熱敏電阻的應(yīng)用是為了感知溫度，當(dāng)給熱敏電阻通過恒定的電流時，測量電阻兩端就得到一個電壓，然后通過公式式（3-1）求得溫度值 ：                       

14、0;                                                 

15、0;                               式（3-1）其中的參數(shù)如下：T： 被測溫度； ：與熱敏電阻特性有關(guān)的溫度參數(shù)；K：與熱敏電阻特性有關(guān)的系數(shù) ：熱敏電阻兩端的電壓。    圖3.2

16、0;熱敏電阻的特性曲線根據(jù)這一個公式，則可以計算出熱敏電阻的環(huán)境溫度，即被測溫度，這樣把電阻隨溫度的變化關(guān)系轉(zhuǎn)換成為電壓隨溫度變化的關(guān)系。3.2.2 V/F轉(zhuǎn)換器芯片LM331的工作原理本系統(tǒng)中使用的V/F轉(zhuǎn)換芯片是LM331。LM331是美國NS公司生產(chǎn)的性能價格比較高的集成芯片,可用作精密頻率電壓轉(zhuǎn)換器V/F 轉(zhuǎn)換器、線性頻率調(diào)制解調(diào)、長時間積分器及其他相關(guān)器件。LM331的動態(tài)范圍寬達100dB，工作頻率低到0.1Hz時尚有較好的線性度，數(shù)字分辨率達12位。LM331的輸出驅(qū)動器采用集電極開路形式，因此可通過選擇邏輯電流和外接電阻來靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，以適配TTL、DT

17、L和CMOS等不同邏輯電路。LM331可工作在4.0V40V之間，輸出可高達40V，而且可以防止VCC短路。該轉(zhuǎn)換電路線性良好，抗干擾能力強，輸出范圍在10Hz10kHz以上，有利于提高系統(tǒng)的測量范圍。LM331的內(nèi)部電路組成及其與外部器件構(gòu)成V/F變換電路如圖3.4  所示。LM331內(nèi)部由輸入比較器、定時比較器、R-S觸發(fā)器、輸出驅(qū)動管、復(fù)零晶體管、能隙基準(zhǔn)電路、精密電流源電路、電流開關(guān)、輸出保護管等部分組成 。LM331主要管腳功能如圖3.3所示：RC：參考電流輸入端；CO：電流輸出端；FO：頻率輸出端；CI：電壓輸入端；HR：閥值  &

18、#160;   圖3.3  LM331引腳圖 圖3.4  LM331的內(nèi)部電路組成外接電阻 電容 和定時比較器、復(fù)零晶體管、R-S觸發(fā)器等構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)定時電路。當(dāng)輸入端 輸入一正電壓時, 輸入比較器輸出高電平, 使R-S 觸發(fā)器置位，Q輸出高電平，輸出驅(qū)動管導(dǎo)通，輸出端 為邏輯低電平。同時，電流開關(guān)打向右邊，電流源 對電容 充電。此時由于復(fù)零晶體管截止, 電源Vcc也通過電阻 對電容 充電。當(dāng)電容 兩端充電電

19、壓大于 的 時比較器輸出一高電平，使R-S觸發(fā)器復(fù)位，Q端輸出低電平，輸出驅(qū)動管截止，輸出端 為邏輯高電平，同時，復(fù)零晶體管導(dǎo)通，電容 通過復(fù)零晶體管迅速放電，電流開關(guān)打向左邊，電容 對電阻 放電。當(dāng)電容 放電電壓等于輸入電壓 時，輸入比較器再次輸出高電平，使R-S 觸發(fā)器置位，如此反復(fù)循環(huán)，構(gòu)成自激 。由此可見,自激頻率不僅與 、 、 、 、 有關(guān)，而且與輸入電壓 也有關(guān)系，其中 由內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源供給的1.90 V參考電壓和

20、外接電阻 決定， 。如果 、 、 、 和 的大小確定，則輸出頻率 與輸入電壓 成正比關(guān)系，從而實現(xiàn)V/F變換 。其轉(zhuǎn)換關(guān)系式如式（3-2）所示：                            式（3-2）3.2.

21、3 V/F轉(zhuǎn)換器與AT89C51接口電路的設(shè)計 與單片機的接口電路如圖3.5所示，把頻率信號接到單片機的P3.4（ ）腳，同時使 工作在計數(shù)器狀態(tài)， 工作在定時器狀態(tài)，當(dāng)定時結(jié)束時可以得時定時時間T內(nèi)采集到的脈沖個數(shù)N，利用公式 計算出頻率值。 圖3.5  V/F與單片機的接口電路該系統(tǒng)中考慮到成本及性價比,選擇了LM331型V/F轉(zhuǎn)換器，為了提高精度及系統(tǒng)的穩(wěn)定性，LM331的外圍電路元件均采用低溫度系數(shù)元件，電阻采用金屬膜電阻，電容采用CBB電容器。由LM331的特性可知，頻率信號輸出由式（3-3）確定 

22、60;                            式（3-3）由原理圖中所給的參數(shù)得， ，式中 ，由 的變化計算出對應(yīng)的 ，再代入 計算出逆向計算出 ，再根據(jù) 和溫度間的關(guān)系計算出溫度值。3.3 輸出電路設(shè)計3.3.1 

23、;四位LED動態(tài)數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計LED顯示器是于發(fā)光二極管組成的，用來顯示特定的顯示器。7段數(shù)碼管發(fā)光二極管使用靈活，簡單方便，當(dāng)有電流通過時，相應(yīng)的發(fā)光二極管就點亮；當(dāng)電流消滅沒有電流時，發(fā)光二極管就滅。發(fā)光二極管分為共陽極和共陰極兩種，所謂共陰極，既是將所有發(fā)光二極管的陰極連接一起，接到地，這樣當(dāng)某個二極管的陽極加有高電平時，那個發(fā)光二極管就被點亮。同樣。共陽極LED顯示器。就是將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起，接到電源正極。這樣，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陰極加有低電平，該發(fā)光二極管即被點亮 。常用7段數(shù)碼管LED顯示器，共陰極和共陽極結(jié)構(gòu)如下圖3.6所示： 圖3.6

24、60;共陰極和共陽極結(jié)構(gòu)通過a,b,c,d,e,f,g,dp各點和公共點的電位，就可以控制個發(fā)光二極管的亮暗，而不同的發(fā)光的亮暗組合就可以顯示不同的數(shù)字（dp點是來表示小數(shù)點，在顯示數(shù)字中不起作用）。比如，要顯示“3”，則只需點亮a,b,c,d,g5個發(fā)光二極管，而其他均為暗，對于共陽極LED顯示器來說，就是在這些引腳上輸入高電平即可。LED顯示器字符段碼如表3.1所示:表3.1  LED顯示器字符段碼表 本設(shè)計中使用的是動態(tài)四位LED顯示，使用單片機的P2.0P2.3腳輸出的電壓來控制三極管的通斷，從而控制顯示位的亮、暗。3.3.2 超溫報警電路的設(shè)計 

25、;在本系統(tǒng)中，當(dāng)溫度超出預(yù)設(shè)值時，P1.7變?yōu)楦唠娖綍r，發(fā)光二極管D3工作，三極管（Q6）的基極導(dǎo)通，從而使蜂鳴器BUZZER工作，產(chǎn)生報警信號。同理，當(dāng)溫度低于預(yù)設(shè)值時，蜂鳴器不工作。 報警電路圖如圖3.7所示： 圖3.7 報警電路圖3.3.3 溫度控制電路的設(shè)計現(xiàn)代自動控制設(shè)備中，都存在一個電子電路與電氣電路的互相連接問題，一方面要使電子電路的控制信號能夠控制電氣電路的執(zhí)行元件，另一方面又要為電子線路的電氣電路提供良好的電隔離，以保護電子電路和人身的安全。本設(shè)計的控制電路如圖3.8所示：圖中K11、K22、K33分別接單片機的P1.1、PI.2、P1

26、.3，通過開關(guān)K2、K3、K4的開關(guān)閉合情況來進行數(shù)據(jù)的處理，圖中L、H接單片機的P2.1、P2.2，當(dāng)溫度過低時，可以通過K3來控制Q8的開啟和閉合降低溫度以達到所需值；同理，當(dāng)溫度過高時，可以通過K4控制Q9的開啟和閉合來增加溫度達到所需值。（圖中D1、D2來代表電動機控制溫度） 圖3.8 溫度控制電路圖3.4 電路原理圖及印刷板的制作（1）使用Protel99SE進行電路板設(shè)計的第一步便是設(shè)計原理圖，原理圖決定了整個電路的基本功能，也是接下來生成網(wǎng)絡(luò)表和設(shè)計印刷電路板的基礎(chǔ) 。 在Protel99SE的初始界面下新建一個設(shè)計庫，該數(shù)據(jù)庫用

27、來管理項目。          進入設(shè)計庫文件中的文件夾Document。 在Document文件夾中新建原理圖文件和印制板文件。 打開原理圖文件。 添加原理圖文件庫。 放置電路所需的各種元件，圖件，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號等元器件。 對原圖元件進行布局，布線，構(gòu)成一個完整的原理圖。 編輯和調(diào)整。然后進行輸出存檔。 打印或建立報表。（2）用PCB系統(tǒng)設(shè)計PCB板分以下7個步驟 ：有關(guān)參數(shù)的設(shè)置。設(shè)定自動布參數(shù)、自動布線參數(shù)、板面參數(shù)

28、等。PCB板尺寸設(shè)計。在禁止布線層上，沿著設(shè)計的PCB畫邊框線，即指定自動布局的范圍。同時，在上層板面（即元器件面）沿禁止布線層的邊框圖線放置銅線。布局分為：手工布局和自動布局。手工布局，首先載入SCH生成的網(wǎng)絡(luò)表，通過手工移動元器件PCB板上的排列位置實現(xiàn)布局。移動元器件是最好打開網(wǎng)絡(luò)連接顯示，這樣就能觀察到相鄰元器件連線的疏密。自動布局，PCB系統(tǒng)環(huán)境提供自動布局功能完成元器件放置，但在細(xì)節(jié)處最好使用手工調(diào)整。布局時要求相互間連線多的元器件應(yīng)該就近放置；相互間可能造成干擾的元器件應(yīng)遠(yuǎn)離：功率器件應(yīng)考慮散熱空間。自動布線。布線就是在兩個元器件引腳之間放置覆銅連線的過程，這一過程可以通過手工完

29、成，也可以自動進行。在進行自動布線之前，設(shè)計人員必須先設(shè)計好布線參數(shù)，定義布線規(guī)則。如果不適當(dāng)，可能會導(dǎo)致自動布線失敗，即布線的成功率不高，所以這一步要特別注意。板面字符調(diào)整。為了使設(shè)計的PCB板美觀，并且安裝焊接元器件方便，應(yīng)將元器件的名稱。設(shè)計值的字符參數(shù)移至元器件框外。大小合適且字符不想重疊。將經(jīng)過DRC檢查無誤，且版面字符調(diào)整好的PCB設(shè)計圖存盤、輸出、制版。經(jīng)過設(shè)計制作的印刷板電路圖如3.9所示（電路原理圖見附錄A）： 圖3.9 印刷板電路圖3.5 電路板的焊接與調(diào)試當(dāng)電路板腐蝕出來后，先檢查，然后打磨，再搽上松香水。就可以開始按原理圖焊接了。焊接時要注

30、意虛焊和短路情況出現(xiàn)。焊接是要先焊單片機的主電路，以便于對各部分電路的測試。當(dāng)焊完一部分子電路后，要先輸入子程序進行檢測，看是否有輸入或輸出。焊完后，就可以進行電路總體性能測試了。3.6 系統(tǒng)擴展和干擾問題的探討3.6.1 軟件方面習(xí)慣于將不用的代碼空間全清成“0”，因為這等效于NOP，可在程序跑飛時歸位。在跳轉(zhuǎn)指令前加幾個NOP，目的同。在無硬件WatchDog時可采用軟件模擬WatchDog，以監(jiān)測程序的運行。涉及處理外部器件參數(shù)調(diào)整或設(shè)置時，為防止外部器件因受干擾而出錯可定時將參數(shù)重新發(fā)送一遍，這樣可使外部器件盡快恢復(fù)正確。通訊中的抗干擾，可加數(shù)據(jù)校驗位，可采取3取2

31、或5取3策略。在有通訊線時，如I2C、三線制等，實際中發(fā)現(xiàn)將Data線、CLK線、INH線常態(tài)置為高，其抗干擾效果要好過置為低。3.6.2 硬件方面注意地線、電源線的布線，一定不要交叉，防止短路。線路中加幾個去耦電容。數(shù)字地和模擬地之間要分開。每個數(shù)字元件在地與電源之間都要104的電容。為防I/O口的串?dāng)_，可將I/O口隔離，方法有二極管隔離、門電路隔離、光偶隔離、電磁隔離等。做成雙面板，這樣可以提高抗干擾能力。4. 軟件設(shè)計4.1  軟件系統(tǒng)設(shè)計部分4.1.1 軟件功能分析整個系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實現(xiàn)，當(dāng)硬件基本定型后，軟件的功能也

32、就基本定下來，從軟件的功能不同可分為兩大部分：一是測量部分，它是整個測量控制系統(tǒng)的核心，專門用來測量和采集溫度信號，為以后的數(shù)據(jù)處理起關(guān)鍵作用。二是執(zhí)行部分，它是用來完成各種實質(zhì)性的功能，如：顯示、報警、控制等，每一個執(zhí)行模塊實現(xiàn)各自完成其相應(yīng)的功能。本設(shè)計是根據(jù)系統(tǒng)的總體功能選擇一種最合適的測量和控制方法，然后進行編程設(shè)計的。4.1.2 程序設(shè)計方法程序總體設(shè)計是指從系統(tǒng)高度考慮程序結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)形式、程序功能的實現(xiàn)手法和手段。程序總體設(shè)計包括擬訂總體方案、確定算法和繪制程序流程等。在總體框圖基礎(chǔ)上，通過具體的模型認(rèn)真確定了具體算法和步驟，并演化成計算機能處理的形式，然后畫出整個程序的

33、流程框圖，如圖4.1所示。程序設(shè)計過程中也注意軟件的抗干擾處理，提高程序的可靠性。 圖4.1 主程序框圖4.1.3 初始化和工作方式選擇程序的設(shè)計主程序設(shè)計：完成定時器 、 的初始化；開放CPU、 、 中斷；循環(huán)調(diào)用顯示子程序，等待定時中斷。MSC-51對內(nèi)部定時器（計數(shù)器）的初始化（其工作方式如表4.1所示） ：表4.1   MSC-51工作方式 1） 初始化步驟 ：根據(jù)題目要求先給定時器方式寄存器TMOD送一個方式控制字，以設(shè)定定時器（計數(shù)器）的相應(yīng)工作方式。根據(jù)實際需要

34、給定時器（計數(shù)器）選送定時器初值和計數(shù)器初值，以確定需要定時的時間和需要計數(shù)的初值。根據(jù)需要給中斷允許寄存器IE選送中斷控制字和中斷優(yōu)先級寄存器IP選送中斷優(yōu)先級字，以開放相應(yīng)中斷和設(shè)定中斷優(yōu)先級。給定時器控制寄存器送命令字，以啟動或禁止定時器（計數(shù)器）的運行。2） 定時器（計數(shù)器）初值的計算在定時器模式下，計數(shù)器有單片機主脈沖經(jīng)12分頻后計數(shù)。因此，定時器定時時間T的計算公式為：                  

35、 T=（M-TC）×T計數(shù)（或TC=（M-T）/T計數(shù)）               式（4-1）在式（4-1）中，M為模值，和定時器的工作方式有關(guān)；T計數(shù)是單片機時鐘周期的12倍；TC為定時器的定時初值 。若主脈沖為f=12MHz，由上式可得最大時間為 ：方式0時： 方式1時： 方式2時：  、 時間常數(shù)設(shè)為100ms，選用定時方式1。計算公式是：定時時間（

36、0;）=（  的初值）×機器周期                 式（4-2） 的計數(shù)初值計算： TMOD的設(shè)置如圖4.2所示： 圖4.2  TMOD的設(shè)置由此所示：TMOD=01010001B=51H初始化程序如下：系統(tǒng)上電時，初始化程序?qū)?0h77h內(nèi)存單元清零，P2口置0。ORG   0000HLJMP  MAINORG&

37、#160;  0003HNOPNOPLJMP  ERRORORG   000BHLJMP  T0INTORG   0013HNOPNOPLJMP   ERRORORG   001BHLJMP   T1INTORG   0023HNOPNOPLJMP  ERRORORG 0030HERROR:CLR EALJMP 0000HPUSH DPLPUSH DPLRETI4.1.4電壓頻率轉(zhuǎn)換程序采用定時閘門計數(shù)方法測量脈沖頻率。設(shè)定時（計數(shù)）器

38、0為定時方式，提供100ms的基準(zhǔn)閘門時間 ,在10 （1s）期間，定時（計數(shù)）器1對外部脈沖進行計數(shù)，所獲得的計數(shù)值m即為被測頻率脈沖信號的頻率。定時（計數(shù)）器1用來對外部脈沖計數(shù)，定時（計數(shù)）器0采用方式1，定時器狀態(tài)由內(nèi)部 控制啟、停；定時（計數(shù)）器1采用方式1，計數(shù)器狀態(tài)由 控制啟、停，因此TMOD=01010001B=51H 的計數(shù)初值為： 程序如下：MSFC: MOV TOMD,#51H      MOV R0,#64H    

39、60;    10ms定時100倍的擴展  MOV TL1,#00H  MOV TH1,#00H  MOV TL0,#0F0H  MOV TH0,#0D8H              SETB P3.5   T1輸入  JB   P3.5,$   等待T1引腳為低電平  SETB TR0  SETB

40、 TR1WAIT: JBC TF0,SECC  SJMP WAITSECC: MOV TL0,#0F0H  MOV TH0,#0D8H   DJNZ R0,WAIT  CLR TR1  CLR TR0  MOV 70H,TH1  MOV 71H,TH0  RET4.1.5 溫度計算程序在溫度計算公式中系數(shù)K是一個很小的數(shù)，為了計算方便，取放大256倍后的K值與 執(zhí)行乘法運算，即256×K×VT。相乘后如果只取乘積的高8位，而舍棄其低8位，即可抵消K的256放大，得到

41、正確的結(jié)果。還有從熱敏電阻的阻值溫度特性可以看出，在+10+150的溫度范圍內(nèi)阻值與溫度的關(guān)系線性度較好。通常就把這個溫度范圍作為有效溫度范圍。當(dāng)溫度超出此范圍時，數(shù)碼管將全部顯示為字母“F”。數(shù)碼管的顯示緩沖區(qū)的存儲單元為內(nèi)部RAM的72H75H，輸入的電壓 在累加器A中，擴大256倍后的K值為0XXH， 值為0YYH。程序如下：COMP: MOV B,#0XXH        擴大256倍后的K值送B      MUL AB  &#

42、160;          256*K*VT  MOV A,#0YYH         T0值送A,舍棄乘積低8位  CLR C  SUUB A,B             T0-K*VT  CJNE A,#0AH,COMP1   

43、;COMP1:JNC COMP4   溫度低于10度,顯示"F"      CJNE A,#97H,COMP2COMP2:JC COMP3   溫度低于151度,顯示"F"COMP4:MOV 72H,#0FH   超出有效溫度顯示"F"      MOV 73H,#0FH  MOV 74H,#0FH  MOV 75H,#0FH  SETB P1.7

44、  ACALL DISP            調(diào)用顯示程序COMP3:RET4.1.6 顯示子程序程序如下：入口：數(shù)據(jù)放于72H75HDISP: MOV R0,#72H      MOV R5,#0FEHDISP1:MOV A,R0      MOV DTPR,#TAB  MOVC A,A+DPTR  MOV P0,A  MO

45、V A,R5  MOV P2,A  LCALL DELAY  MOV  A,R5  JNB  ACC.3,DISP2  RL  A  MOV R5,A  INC R0  LJMP DISP1  DISP2: RETDELAY:MOV R6,#54HDL1:  MOV R7,#30HDL2:  DJNZ R7,DL2  DJNZ R6,DL1  RETTAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH4.2  CPU抗干擾技術(shù)的設(shè)計 1.數(shù)字濾波數(shù)字濾波當(dāng)干擾疊加輸入信道的模擬信號時，使數(shù)據(jù)采集誤差加大。特別當(dāng)輸入信道模擬信號較弱時，此現(xiàn)象更加嚴(yán)重。為了消除數(shù)據(jù)采集的誤差，常用算術(shù)平均法、比較取舍法、一階滯后濾波法和中值法，可根據(jù)信號和干擾的規(guī)律，