智能水溫控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、2007級(jí)物理與電子信息工程系助教2021328電氣工程及其自動(dòng)化李?yuàn)?710617140智能水溫控制系統(tǒng)獨(dú) 創(chuàng) 性 聲 明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)是本人在指導(dǎo)老師指導(dǎo)下取得的研究成果。除了文中特別加以注釋和致謝的地方外，論文設(shè)計(jì)中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果。與本研究成果相關(guān)的所有人所做出的任何奉獻(xiàn)均已在論文設(shè)計(jì)中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。簽 名： 年 月 日授權(quán)聲明本人完全理解賀州學(xué)院有關(guān)保存、使用本科生畢業(yè)論文設(shè)計(jì)的規(guī)定，即：學(xué)院有權(quán)保存并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交畢業(yè)論文設(shè)計(jì)的復(fù)印件和磁盤，允許畢業(yè)論文設(shè)計(jì)被查閱和借閱。本人授權(quán)賀州學(xué)院可以將畢業(yè)論文設(shè)計(jì)的全部或局部?jī)?nèi)

2、容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編論文設(shè)計(jì)。本人論文設(shè)計(jì)中有原創(chuàng)性數(shù)據(jù)需要保密的局部為：無(wú)簽 名： 年 月 日指導(dǎo)教師簽名： 年月日智能水溫控制系統(tǒng)摘 要本文主要介紹了利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，在系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)選取了SPCE061A芯片作為該控制系統(tǒng)的核心。由溫度傳感器DS18B20提供溫度信號(hào)，SSR固態(tài)繼電器作執(zhí)行部件，實(shí)現(xiàn)對(duì)電爐水溫的控制。本次設(shè)計(jì)還充分利用了SPCE061A單片機(jī)成熟的語(yǔ)音處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音播報(bào)溫度的要求。同時(shí)該系統(tǒng)具有靈敏的溫度感測(cè)和顯示功能，采用八段數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描顯示，可由用戶通過(guò)按鍵設(shè)置上下限溫度值。測(cè)得溫度值小于

3、所設(shè)定的下限溫度值時(shí)自動(dòng)執(zhí)行加熱裝置，直至溫度超過(guò)上限溫度值時(shí)自動(dòng)斷開加熱裝置，而溫度降至在上下限溫度之間時(shí)無(wú)動(dòng)作，控制準(zhǔn)確靈活，性能穩(wěn)定。關(guān)鍵詞：SPCE061A單片機(jī)；溫度傳感器DS18B20；數(shù)碼管AbstractThis paper describes the use of single chip design process temperature control system, built in the system when selected SPCE061A chip as the core of the control system.朗讀顯示對(duì)應(yīng)的拉丁字符的拼音 DS18B2

4、0 by a temperature sensor provides temperature signals, SSR solid state relays for the implementation of components, to achieve the furnace temperature control. This design also takes advantage of sophisticated voice processing SPCE061A microcontroller technology to achieve the temperature requireme

5、nts of voice broadcast. While the system is sensitive to temperature sensing and display functions, with eight out of dynamic digital scanning display set by the user through the keys on the lower temperature. Measured temperature value is less than the minimum set automatically when the temperature

6、 heating device until the temperature exceeds the upper limit temperature automatically disconnected when the heating device, and the temperature dropped to between the upper and lower temperature when no action, control is accurate and flexible, Stable performance.Key words：SPCE061A SCM; Temperatur

7、e Sensor DS18B20; LED朗讀顯示對(duì)應(yīng)的拉丁字符的拼音目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc289090841 摘 要 PAGEREF _Toc289090841 h III HYPERLINK l _Toc289090842 Abstract PAGEREF _Toc289090842 h IV HYPERLINK l _Toc289090843 1 引 言 PAGEREF _Toc289090843 h 1 HYPERLINK l _Toc289090844 2 方案設(shè)計(jì)與論證 PAGEREF _Toc289090844 h 2 HYPER

8、LINK l _Toc289090845 2.1 設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc289090845 h 2 HYPERLINK l _Toc289090846 2.1.1 根本功能 PAGEREF _Toc289090846 h 2 HYPERLINK l _Toc289090847 2.1.2 擴(kuò)展功能 PAGEREF _Toc289090847 h 2 HYPERLINK l _Toc289090848 2.2 系統(tǒng)根本方案選擇和論證 PAGEREF _Toc289090848 h 2 HYPERLINK l _Toc289090849 2.2.1 驅(qū)動(dòng)控制局部 PAGEREF _To

9、c289090849 h 2 HYPERLINK l _Toc289090850 2.2.2 溫度采集局部 PAGEREF _Toc289090850 h 3 HYPERLINK l _Toc289090851 2.2.3 執(zhí)行裝置局部 PAGEREF _Toc289090851 h 4 HYPERLINK l _Toc289090852 2.2.4 溫度顯示局部 PAGEREF _Toc289090852 h 4 HYPERLINK l _Toc289090853 2.3 電路設(shè)計(jì)最終方案決定 PAGEREF _Toc289090853 h 5 HYPERLINK l _Toc2890908

10、54 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc289090854 h 5 HYPERLINK l _Toc289090855 3.1 水溫控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)框圖及說(shuō)明 PAGEREF _Toc289090855 h 5 HYPERLINK l _Toc289090856 3.2 單片機(jī)系統(tǒng) PAGEREF _Toc289090856 h 6 HYPERLINK l _Toc289090857 3.2.1 SPCE061A單片機(jī)概述 PAGEREF _Toc289090857 h 7 HYPERLINK l _Toc289090858 3.2.2 SPCE061A單片機(jī)的結(jié)構(gòu) PAGER

11、EF _Toc289090858 h 8 HYPERLINK l _Toc289090859 3.2.3 SPCE061A單片機(jī)的特點(diǎn)極其主要性能 PAGEREF _Toc289090859 h 8 HYPERLINK l _Toc289090860 3.2.4 SPCE061A芯片的引腳排列和說(shuō)明 PAGEREF _Toc289090860 h 9 HYPERLINK l _Toc289090861 3.3 局部外圍電路設(shè)計(jì)及分析 PAGEREF _Toc289090861 h 11 HYPERLINK l _Toc289090862 3.3.1 電源電路 PAGEREF _Toc28909

12、0862 h 11 HYPERLINK l _Toc289090863 3.3.2 時(shí)鐘電路 PAGEREF _Toc289090863 h 11 HYPERLINK l _Toc289090864 3.3.3 復(fù)位電路 PAGEREF _Toc289090864 h 12 HYPERLINK l _Toc289090865 3.3.4 鍵盤設(shè)置電路 PAGEREF _Toc289090865 h 13 HYPERLINK l _Toc289090866 3.3.5 測(cè)溫局部電路 PAGEREF _Toc289090866 h 15 HYPERLINK l _Toc289090867 3.3.

13、6 繼電器控制電路 PAGEREF _Toc289090867 h 15 HYPERLINK l _Toc289090868 3.3.7 數(shù)碼顯示電路 PAGEREF _Toc289090868 h 16 HYPERLINK l _Toc289090869 3.3.8 超溫報(bào)警電路 PAGEREF _Toc289090869 h 16 HYPERLINK l _Toc289090870 3.3.9 音頻輸出電路 PAGEREF _Toc289090870 h 17 HYPERLINK l _Toc289090871 3.3.10 下載程序電路 PAGEREF _Toc289090871 h 1

14、8 HYPERLINK l _Toc289090872 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc289090872 h 18 HYPERLINK l _Toc289090873 4.1 程序結(jié)構(gòu)說(shuō)明 PAGEREF _Toc289090873 h 18 HYPERLINK l _Toc289090874 4.2 程序流程圖 PAGEREF _Toc289090874 h 19 HYPERLINK l _Toc289090875 4.2.1 主程序 PAGEREF _Toc289090875 h 19 HYPERLINK l _Toc289090876 4.2.2 按鍵掃描及處理子程序 PAG

15、EREF _Toc289090876 h 20 HYPERLINK l _Toc289090877 4.2.3 數(shù)據(jù)采集子程序 PAGEREF _Toc289090877 h 21 HYPERLINK l _Toc289090878 4.2.4 數(shù)碼顯示子程序 PAGEREF _Toc289090878 h 22 HYPERLINK l _Toc289090879 4.2.5 語(yǔ)音播放子程序 PAGEREF _Toc289090879 h 23 HYPERLINK l _Toc289090880 4.2.6 超溫報(bào)警與繼電器控制子程序 PAGEREF _Toc289090880 h 24 HY

16、PERLINK l _Toc289090881 5 安裝調(diào)試及誤差測(cè)試 PAGEREF _Toc289090881 h 25 HYPERLINK l _Toc289090882 5.1 安裝調(diào)試工具 PAGEREF _Toc289090882 h 25 HYPERLINK l _Toc289090883 5.2 硬件調(diào)試 PAGEREF _Toc289090883 h 25 HYPERLINK l _Toc289090884 5.3 軟件調(diào)試 PAGEREF _Toc289090884 h 26 HYPERLINK l _Toc289090885 5.4 總體調(diào)試 PAGEREF _Toc28

17、9090885 h 27 HYPERLINK l _Toc289090886 5.5 系統(tǒng)誤差測(cè)試 PAGEREF _Toc289090886 h 28 HYPERLINK l _Toc289090887 結(jié)束語(yǔ) PAGEREF _Toc289090887 h 29 HYPERLINK l _Toc289090888 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc289090888 h 30 HYPERLINK l _Toc289090889 附 錄 PAGEREF _Toc289090889 h 31 HYPERLINK l _Toc289090890 致 謝 PAGEREF _Toc289090890

18、 h 491 引 言溫度控制，無(wú)論是在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，還是在日常生活中都起著非常重要的作用，過(guò)低的溫度或過(guò)高的溫度都會(huì)使水資源失去應(yīng)有的作用，從而造成水資源的巨大浪費(fèi)。特別是在當(dāng)前全球水資源極度缺乏的情況下，我們更應(yīng)該掌握好對(duì)水溫的控制，在環(huán)境惡劣或溫度較高等場(chǎng)合下，為了保證生產(chǎn)過(guò)程正常平安地進(jìn)行，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，以及減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約能源，就必須要求對(duì)加熱爐爐溫進(jìn)行測(cè)、顯示、控制，使之到達(dá)工藝標(biāo)準(zhǔn)。自70年代以來(lái)，由于工業(yè)過(guò)程控制的需要，特別是在微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛開展，以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法開展的推動(dòng)下，國(guó)外溫度控制系統(tǒng)開展迅速，并在智能化自適應(yīng)參數(shù)自整定等方面取得

19、成果。在這方面以日本、美國(guó)、德國(guó)、瑞典等國(guó)技術(shù)領(lǐng)先，并且都生產(chǎn)出了一批商品化的性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表。目前，國(guó)外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度智能化、小型化等方面快速開展。溫度控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來(lái)講總體開展水平仍然不高，同國(guó)外的日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比仍然有著較大的差距。目前我國(guó)在這方面總體技術(shù)水平處于20世紀(jì)80年代中后期水平，成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位控制及常規(guī)的PID控制器為主，它只能適應(yīng)一般的溫度系統(tǒng)控制而難于控制滯后復(fù)雜時(shí)變的溫度系統(tǒng)控制，即是說(shuō)適應(yīng)于較高控制場(chǎng)合的智能化自適應(yīng)控制儀表國(guó)內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用

20、的控制儀表較少。本系統(tǒng)主要采用實(shí)驗(yàn)法與文獻(xiàn)研究法來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先確定系統(tǒng)總體及關(guān)鍵局部的設(shè)計(jì)思路，接著進(jìn)行系統(tǒng)軟、硬件的設(shè)計(jì)，然后根據(jù)設(shè)計(jì)方案制造出實(shí)物，最后結(jié)合軟件的調(diào)試，進(jìn)行實(shí)物硬件的測(cè)試，并完成論文初稿及定稿。設(shè)計(jì)過(guò)程中采用SPCE061A芯片作為該控制系統(tǒng)的核心，主要包括傳感器溫度采集、按扭操作、單片機(jī)控制、語(yǔ)音播報(bào)、數(shù)碼管數(shù)字顯示等局部，具有一定的特色。創(chuàng)新點(diǎn)是充分利用了SPCE061A單片機(jī)成熟的語(yǔ)音處理技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音播報(bào)溫度的要求。2 方案設(shè)計(jì)與論證2.1 設(shè)計(jì)要求2 根本功能1、系統(tǒng)由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)。2、具有溫度感測(cè)和顯示功能。3、在水溫度降低時(shí)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，以保持水溫度

21、在一定范圍內(nèi)根本不變。4、語(yǔ)音播報(bào)實(shí)測(cè)溫度功能。5、可由人工預(yù)設(shè)上下限溫度值。2 擴(kuò)展功能1、超溫時(shí)能夠聲光報(bào)警。2、整數(shù)報(bào)溫。3、按鍵操作時(shí)有語(yǔ)音提示。2.2 系統(tǒng)根本方案選擇和論證本設(shè)計(jì)的任務(wù)是基于單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)電爐水加熱控制電路，包括驅(qū)動(dòng)控制，溫度采集，執(zhí)行裝置，溫度顯示四個(gè)關(guān)鍵局部。如圖2-1所示。單片機(jī)溫度顯示溫度采集執(zhí)行裝置語(yǔ)音播放電源電路圖2-1 單片機(jī)控制方案框圖2 驅(qū)動(dòng)控制局部本系統(tǒng)是以單片機(jī)為控制核心的控制系統(tǒng)，因此單片機(jī)的選擇尤其重要，根據(jù)系統(tǒng)需求，我們?cè)O(shè)計(jì)了兩種方案。方案一：此方案采用89C51單片機(jī)【1】實(shí)現(xiàn)， MCS-51系列單片機(jī)是美國(guó)INTE公司于1980年推出

22、的產(chǎn)品，該單片機(jī)的應(yīng)用比擬廣泛，因?yàn)槠滠浖幊套杂啥却?，可用編程?shí)現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制。但是89C51本電路中因?yàn)橛袦囟葦?shù)據(jù)采樣，所以就需外接模數(shù)轉(zhuǎn)換器來(lái)滿足數(shù)據(jù)采樣，這就要求針對(duì)系統(tǒng)的需求，選擇適宜的A/D器件，還要根據(jù)所選的A/D器件設(shè)計(jì)外圍電路與單片機(jī)的接口電路和編寫控制A/D器件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的單片機(jī)程序，這些大大加大了工作量。假設(shè)要增加語(yǔ)音播報(bào)功能，還需要外接語(yǔ)音芯片及接口，加繁了外圍電路設(shè)備，實(shí)現(xiàn)比擬復(fù)雜。此外51單片機(jī)內(nèi)部無(wú)在線仿真、編程接口，因此就需要用仿真器來(lái)實(shí)現(xiàn)軟硬件調(diào)試，較為繁瑣。方案二：此方案采用SPCE061A單片機(jī)【2】實(shí)現(xiàn)。SPCE061A單片機(jī)除具有體積小，集

23、成度高、易擴(kuò)展、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)外，內(nèi)置8路ADC，2路DAC。在實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)中，采用SPCE061A為前端采集單元，具有較好的同步性和實(shí)時(shí)性。而且SPCE061A單片機(jī)內(nèi)嵌32K字閃存FLASH，處理速度高，集成開發(fā)環(huán)境中，配有很多語(yǔ)音播報(bào)系數(shù)，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)極為方便，另外，比擬方便的是該芯片內(nèi)置在線仿真、編程接口，可以方便實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試，這大大加快了系統(tǒng)的開發(fā)與調(diào)試。方案比擬及選擇:對(duì)兩個(gè)方案進(jìn)行比擬，SPCE061A本身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了其內(nèi)在特性比89C51的特性更加優(yōu)越，實(shí)現(xiàn)起本文所有的要求更加方便，硬件設(shè)計(jì)也更加簡(jiǎn)單。故本設(shè)計(jì)選用SPCE061單片機(jī)。2

24、溫度采集局部任何溫控系統(tǒng)首先要采用溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，因此測(cè)溫傳感器的選擇是系統(tǒng)設(shè)計(jì)必不可少的考慮問(wèn)題。對(duì)于本系統(tǒng)的溫度傳感器我們?cè)O(shè)計(jì)了兩種方案。方案一：用熱敏電阻，可滿足40攝氏度至90攝氏度測(cè)量范圍，但熱敏電阻可靠性差，測(cè)量溫度準(zhǔn)備率低，重復(fù)性也較多,其阻值溫度特性曲線是一條指數(shù)曲線，非線性十分嚴(yán)重，實(shí)際應(yīng)用中要進(jìn)行線性化處理比擬復(fù)雜,所以對(duì)于檢測(cè)小于1攝氏度的信號(hào)不使用熱敏電阻。方案二：采用數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20【3】作為感測(cè)溫度的核心元件，直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)供單片機(jī)處理。由于數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20的高度集成化，大大降低了外接放大轉(zhuǎn)換等電路的誤差因素，

25、溫度誤差很小，并且由于其感測(cè)溫度的原理與上述兩種方案的原理有著本質(zhì)的不同，使得其溫度分辨力極高。溫度值在器件內(nèi)部轉(zhuǎn)換成數(shù)字量直接輸出，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，又由于該傳感器采用先進(jìn)的單總線技術(shù)，與單片機(jī)的接口變得非常簡(jiǎn)潔，抗干擾能力強(qiáng)。 經(jīng)過(guò)比擬最終我們選擇數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為本系統(tǒng)的溫度傳感器。2 執(zhí)行裝置局部本設(shè)計(jì)要求控制的溫度值須要保持在一定的范圍內(nèi)根本不變，為到達(dá)此要求，執(zhí)行裝置的選擇很關(guān)鍵，本系統(tǒng)的執(zhí)行裝置我們?cè)O(shè)計(jì)了三種方案。方案一：采用可控硅來(lái)控制加熱器有效功率?？煽毓琛?】是一種半控器件，應(yīng)用于交流電的功率控制有兩種形式：控制導(dǎo)通的交流周期數(shù)到達(dá)控制功率的目的；控制導(dǎo)通角

26、的方式控制交流功率。由交流過(guò)零檢測(cè)電路輸出方波經(jīng)適當(dāng)延時(shí)控制雙向可控硅的導(dǎo)通角，延時(shí)時(shí)間即移相偏移量由溫度誤差計(jì)算得到?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)交流電單個(gè)周期有效值周期性控制，保證系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。該方案可以實(shí)現(xiàn)功率的連續(xù)調(diào)節(jié)，因此響應(yīng)速度快，控制精度也高。但該方案電路稍復(fù)雜，需使用光耦合驅(qū)動(dòng)芯片以及變壓器等器件，故不采用此方案。方案二：采用普通電磁繼電器【4】控制。使用繼電器可以很容易實(shí)現(xiàn)地通過(guò)較高的電壓和電流，在正常條件下，工作十分可靠。繼電器無(wú)需外加光耦，自身即可實(shí)現(xiàn)電氣隔離。這種電路無(wú)法精確實(shí)現(xiàn)電熱絲功率控制，電熱絲只能工作在最大功率或零功率，對(duì)控制精度將造成影響。但可以由多路加熱絲組成功率控制，

27、由單片機(jī)對(duì)溫差的處理實(shí)現(xiàn)分級(jí)功率控制以提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。方案三：采用SSR固態(tài)繼電器【4】控制。除了以上跟普通電磁繼電器一樣的特性外，SSR固態(tài)繼電器還具有無(wú)機(jī)械噪聲、無(wú)抖動(dòng)和回跳、開關(guān)速度快、體積小質(zhì)量輕、壽命長(zhǎng)、工作可靠等特點(diǎn)，并且耐沖擊、抗潮濕、抗腐蝕。基于以上分析以及現(xiàn)有器件限制我們選擇SSR固態(tài)繼電器作為本系統(tǒng)的執(zhí)行裝置。2 溫度顯示局部方案一：采用三位一體LED數(shù)碼管【5】顯示?？梢燥@示測(cè)量溫度的數(shù)值和小數(shù)點(diǎn)的顯示。硬件電路的連接也相對(duì)簡(jiǎn)單，只需要有相應(yīng)的三個(gè)三極管作為驅(qū)動(dòng)器件，就能夠使溫度值直觀的顯示出來(lái)。軟件控制溫度顯示也比擬容易，使用起來(lái)相對(duì)方便。而且價(jià)格廉價(jià)，性價(jià)比也高。方

28、案二：采用液晶顯示器件LCD。它具有：低壓、微功耗，顯示信息量大，易于彩色化，長(zhǎng)壽命，無(wú)輻射、無(wú)污染等諸多優(yōu)點(diǎn)。液晶器件也可以顯示各種不同的圖形和符號(hào)，但這些圖形符號(hào)的顯示使得軟件算法變的復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也不太容易。而且液晶的價(jià)位相對(duì)也比擬高。經(jīng)過(guò)比擬我們選擇三位一體LED數(shù)碼管來(lái)顯示溫度。2.3 電路設(shè)計(jì)最終方案決定綜上各方案所述，對(duì)此次智能水溫控制系統(tǒng)的方案選定為：以凌陽(yáng)SPACE061A單片機(jī)作為主控制系統(tǒng)，由數(shù)字溫度傳感器DS18B20提供溫度信號(hào)，使用SSR固態(tài)繼電器作執(zhí)行部件，采用三位一體八段數(shù)碼管顯示，利用SPCE061A單片機(jī)的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)字語(yǔ)音播報(bào)。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1

29、水溫控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)框圖及說(shuō)明系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，具體結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示：電源電路負(fù)載IOA0-IOA2IOA7IOB15DACIOA8-IOA15IOB0-IOB8溫度采集鍵盤設(shè)定報(bào)警電路語(yǔ)音播報(bào)溫度顯示IOB14繼電器 SPACE061A圖3-1 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖本系統(tǒng)是一個(gè)簡(jiǎn)單的單回路控制系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)測(cè)量和控制，本系統(tǒng)采用了SPCE061A單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制中心，由溫度采集模塊檢測(cè)到的溫度信號(hào)傳入單片機(jī)，并根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和控制運(yùn)算，同時(shí)將數(shù)據(jù)保存，以便與下一次采樣值進(jìn)行比擬，通過(guò)軟件對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字非線性校正，同時(shí)由顯示器進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。根據(jù)系統(tǒng)程序控制

30、輸出控制，最終由CPU控制加熱回路SSR的通斷，到達(dá)溫控的目的。3.2 單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)硬件系統(tǒng)的核心，它既是協(xié)調(diào)整機(jī)工作的控制器，又是處理數(shù)據(jù)、系統(tǒng)管理及實(shí)現(xiàn)控制算法的處理器。由于我們采用了SPCE061A單片機(jī)，其內(nèi)部已經(jīng)包含了32K字FLASH ROM和2K字SRAM，因此單片機(jī)的最小系統(tǒng)圖僅由SPCEO61A組成。本系統(tǒng)采用SPCE061A芯片作為核心部件，SPCE061A內(nèi)部帶有8路ADC和2路的DAC,32個(gè)IO口，內(nèi)置32K字閃存和2K字的靜態(tài)存儲(chǔ)器。用來(lái)實(shí)現(xiàn)水溫控制資源足夠使用。圖3-2 單片機(jī)的最小系統(tǒng)圖3-2F的去藕電容提高抗干擾能力。 3 SPCE061A單片機(jī)

31、概述隨著單片機(jī)功能集成化的開展，其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸地由傳統(tǒng)的控制，擴(kuò)展為控制處理、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字信號(hào)處理DSP，Digital Signal Processing等領(lǐng)域。凌陽(yáng)的16位單片機(jī)就是為適應(yīng)這種開展而設(shè)計(jì)的。它的CPU內(nèi)核采用凌陽(yáng)最新推出的nSPMicrocontroller and Signal Processor16位微處理器芯片以下簡(jiǎn)稱nSP。圍繞nSP所形成的16位nSP系列單片機(jī)以下簡(jiǎn)稱nSP家族采用的是模塊式集成結(jié)構(gòu),它以nSP內(nèi)核為中心集成不同規(guī)模的ROM、RAM和功能豐富的各種外設(shè)接口部件。 SPACE061A單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。其主要功能模塊有并行I/O端口

32、、數(shù)/模轉(zhuǎn)換ADC、數(shù)/模轉(zhuǎn)換DAC、存儲(chǔ)器RAM&FLASH、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T/C脈寬調(diào)制輸出PWM、WatchDog、異步串行通信口UART、指令存放器IR、設(shè)備串行口SIO、低電壓檢測(cè)LVD低電壓復(fù)位等。圖3-3 SPACE061A模塊結(jié)構(gòu)圖nSP內(nèi)核是一個(gè)通用的核結(jié)構(gòu)。除此之外的其它功能模塊均為可選結(jié)構(gòu)，亦即這種結(jié)構(gòu)可大可小或可有可無(wú)。借助這種通用結(jié)構(gòu)附加可選結(jié)構(gòu)的積木式的構(gòu)成，便可形成各種不同系列派生產(chǎn)品，以適合不同的應(yīng)用場(chǎng)合。這樣做無(wú)疑會(huì)使每一種派生產(chǎn)品具有更強(qiáng)的功能和更低的本錢。3 SPCE061A單片機(jī)的結(jié)構(gòu)SPCE061A單片微控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3-4所示：圖3-4 SP

33、CE061A單片微控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3 SPCE061A單片機(jī)的特點(diǎn)極其主要性能(1) nSP家族有以下特點(diǎn)： 體積小、集成度高、可靠性好且易于擴(kuò)展 具有較強(qiáng)的中斷處理能力 高性能價(jià)格比 功能強(qiáng)、效率高的指令系統(tǒng) 低功耗、低電壓 (2) SPCE061A單片機(jī)的主要性能SPCE061A是繼nSP系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽(yáng)科技推出的又一個(gè)16位結(jié)構(gòu)的微控制器。具有體積小、集成度高、易擴(kuò)展、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)，內(nèi)嵌32K字閃存FLASH，處理速度高，能夠很方便地完成普通單片機(jī)的功能，尤其適應(yīng)于語(yǔ)音播報(bào)和識(shí)別等應(yīng)用領(lǐng)域。3 SPCE061A芯片的引腳排列和說(shuō)明

34、目前SPCE061A有兩種封裝形式：一種為80個(gè)引腳，LQFP80封裝；另一種為84個(gè)引腳，PLCC84封裝形式。在本系統(tǒng)中我們用 PLCC84封裝形式，它的排列如圖3-5所示。 SPCE061A圖3-5 SPCE061A PLCC84封裝引腳排列圖在PLCC84封裝中，有15個(gè)空余腳，用戶使用時(shí)這15個(gè)空余腳懸浮。在LQFP80封裝中有9個(gè)空余腳，用戶使用時(shí)這9個(gè)空余腳接地。 此處以PLCC84封裝管腳功能介紹，它共有84個(gè)引腳，各引腳功能表如表3-1所示。表3-1 SPACE061A管腳描述表管腳名稱管腳功能IOA0IOA15 4148，5360I/OA口，16個(gè)IOB0IOB15 51，

35、8176，6864I/OB口，16個(gè)OSCI 13振蕩器輸入，采用石英振時(shí)，接晶振OSCO 12振蕩器輸出，采用石英振時(shí)，接晶振RESB 6復(fù)位信號(hào)輸入，低電平有效ICE_EN 16ICE使能端，接在線調(diào)試器PROBE的使能腳ICE_ENICE_CLK 17ICE時(shí)鐘腳，接在線調(diào)試器PROBE的時(shí)鐘腳ICE_CLKICE_SDA 18ICE數(shù)據(jù)腳，接在線調(diào)試器PROBE的數(shù)據(jù)腳ICE_SDAPVIN 20程序保密設(shè)定電源輸入腳PFUSE 29程序保密設(shè)定輸入腳DAC1 21音頻輸出通道1DAC2 22音頻輸出通道2VREF2 232V參考電壓輸出腳AGC 25語(yǔ)音輸入自動(dòng)增益控制引腳OPI 2

36、6Microphone第二級(jí)運(yùn)放輸入腳MICOUT 27Microphone第一級(jí)運(yùn)放輸出腳MICN 28Microphone正向輸入腳MICP 33Microphone負(fù)想輸出腳VRT 35A/D轉(zhuǎn)換參考電壓輸入腳VCM 34ADC參考電壓輸出腳VMIC 37Microphone電源SLEEP 63睡眠狀態(tài)指示，即當(dāng)CPU進(jìn)入睡眠狀態(tài)時(shí)，輸出高電平VCP 8鎖相環(huán)壓控振蕩器阻容輸入端XROMT PVPP XTEST(61.69.14)出廠測(cè)試管腳，使用時(shí)懸空即可VDD 7鎖相環(huán)PLL電源VSS 9鎖相環(huán)PLL地模擬信號(hào)地?cái)?shù)字信號(hào)地?cái)?shù)字信號(hào)電源3.3 局部外圍電路設(shè)計(jì)及分析3 電源電路如圖3-

37、6所示是電源局部的電路，SPACE061A單片機(jī)的工作電壓為3.3V，為了獲得標(biāo)準(zhǔn)的3.3V電壓，在板子上參加SPY0029A三端穩(wěn)壓器見附錄4。5V直流電壓經(jīng)過(guò)SPY0029A后給整個(gè)系統(tǒng)供電。其中的前后兩組電容用來(lái)去耦濾波，使其供應(yīng)芯片的電源更加干凈平滑。兩個(gè)二極管，是為了防止誤將電源接反造成不必要損失而設(shè)置的，在操作過(guò)程中千萬(wàn)不要將電源接反，因?yàn)榉聪螂妷撼^(guò)一定的值，二極管將會(huì)被損壞，達(dá)不到保護(hù)的目的。后面的零電阻及其電源、地分成不同的幾路是為了減少電磁干擾設(shè)置的。S5為電源開關(guān)，只需控制S5即可實(shí)現(xiàn)電源的開關(guān)，操作方便。圖3-6 電源電路圖中的VDDH為SPCE061A的I/O參考電平

38、，接SPCE061A的51腳步，這種接法使得I/O輸出高電平為5V；VDDP為PLL鎖相壞電源，接SPCE061A的7腳；VDD和VDDA為數(shù)字電源，分別接SPCE061A的15腳和36腳；AVSS1是模擬地，接SPCE061A的24腳；VSS是數(shù)字地，接SPCE061A的38腳；AVSS2接音頻輸出電路的AVSS2。3 時(shí)鐘電路如圖3-7所示，本系統(tǒng)的時(shí)鐘電路是采用外接32768Hz振蕩晶體和兩個(gè)20pF電容組成的并聯(lián)諧振回路。32768Hz并不是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)鐘頻率，它只是提供外部時(shí)鐘。32768Hz會(huì)經(jīng)過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部的鎖相環(huán)電路進(jìn)行倍頻成為系統(tǒng)時(shí)鐘頻率(Fosc)，然后通過(guò)對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率進(jìn)

39、行分頻，最終得到CPU時(shí)鐘頻率(CPUCLK)。系統(tǒng)時(shí)鐘頻率和CPU時(shí)鐘頻率可通過(guò)對(duì)P_SystemClock(寫)($7013H)單元編程來(lái)控制。具體見表3-2。默認(rèn)的 Fosc、CPUCLK 分別為24.576MHz 和 Fosc/8。 圖3-7 SPCE061A與振蕩器的連接表3-2 P_SystemClock(寫)($7013H)單元位定義b15-b8b7-b5b4b3b2b1b0PLL頻率選擇32KHz睡眠狀態(tài)32KHz方式選擇CPU時(shí)鐘選擇1:在備用狀態(tài)下，32768Hz 時(shí)鐘仍處于工作狀態(tài)默認(rèn)0:在備用狀態(tài)下，32768Hz時(shí)鐘被關(guān)閉1:32768Hz時(shí)鐘處強(qiáng)振模式0:32768

40、Hz時(shí)鐘處自動(dòng)弱振模式默認(rèn)b2b1b0CPU時(shí)鐘頻率CPUCLK000Fosc001Fosc/2010Fosc/4011Fosc/8100Fosc/16101Fosc/32110Fosc/64111停止睡眠狀態(tài)b7b6b5系統(tǒng)時(shí)鐘頻率Fosc00000120.48 MHz01032.768 MHz01140.96 MHz1-49.152 MHz根據(jù)設(shè)計(jì)需要，本系統(tǒng)采用的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率(Fosc)和CPU時(shí)鐘頻率(CPUCLK)都為24.576MHz，即*P_SystemClock=0 x0018，b0b2、b5b7都取0值。3 復(fù)位電路本系統(tǒng)的復(fù)位電路如圖3-8所示，當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且

41、振蕩器穩(wěn)定后，如果RESB引腳上有一個(gè)低電平并維持2個(gè)機(jī)器周期以上振蕩器的起振時(shí)間取決于振蕩頻率，那么CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。當(dāng)晶振頻率為1MHz時(shí)，起振時(shí)間那么為10ms；晶振頻率為10MHz時(shí)，起振時(shí)間為1ms。本系統(tǒng)振蕩頻率為24.576MHz，起振時(shí)間ms。因此低電平維持的時(shí)間大于0.1ms，cpu就能有效復(fù)位。取電容C為0.1uF,根據(jù)tRC，可得R1K。 圖3-8 復(fù)位電路 SPACE061A具有低電壓自動(dòng)復(fù)位功能，當(dāng)電源電壓低于 2.2V 時(shí)，系統(tǒng)會(huì)變得不穩(wěn)定且容易出錯(cuò)。導(dǎo)致電源電壓過(guò)低的原因很多，如電壓的反跳、負(fù)載過(guò)重、電池電量缺乏。如果電源電壓低于2.2V 時(shí)，會(huì)在4

42、個(gè)時(shí)鐘周期之后產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)，使系統(tǒng)復(fù)位。低電壓復(fù)位時(shí)序如圖3-9 所示。圖3-9 復(fù)位示意圖3 鍵盤設(shè)置電路圖3-10為鍵盤的設(shè)置電路。該電路由三個(gè)按鍵構(gòu)成，分別接到主控芯片的IOA1，IOA2,IOA3引腳，另一端直接接電源。圖3-10 鍵盤電路圖KEY1：為選通鍵，依次按下可以依次選通下、上限溫度值的十位、個(gè)位、小數(shù)位第七次按下為退出選通功能。KEY2：為加一鍵，每按一次數(shù)字加一，在0-9數(shù)字之間循環(huán)。KEY3：為減一鍵，每按一次數(shù)字減一，在9-0數(shù)字之間循環(huán)。KEY2 與KEY3組合:為報(bào)溫鍵，每同時(shí)按一次可以播報(bào)一次現(xiàn)時(shí)溫度值。KEY1與 KEY3組合：為整數(shù)報(bào)溫鍵，同時(shí)按下之后當(dāng)

43、現(xiàn)時(shí)溫度為整數(shù)值時(shí)播報(bào)溫度，再次同時(shí)按下時(shí)退出整數(shù)報(bào)溫功能。當(dāng)用手按下一個(gè)鍵時(shí)，如圖3-11所示，往往按鍵在閉合位置和斷開位置之間跳幾下才穩(wěn)定到閉合狀態(tài)的情況；在釋放一個(gè)鍵時(shí)，也回會(huì)出現(xiàn)類似的情況。這就是抖動(dòng)。抖動(dòng)的持續(xù)時(shí)間隨鍵盤材料和操作員而異，不過(guò)通常總是不大于10ms。很容易想到，抖動(dòng)問(wèn)題不解決就會(huì)引起對(duì)閉合鍵的識(shí)別。用軟件方法可以很容易地解決抖動(dòng)問(wèn)題，這就是通過(guò)延遲10ms來(lái)等待抖動(dòng)消失，這之后，再讀入鍵盤碼。鍵按下前沿抖動(dòng)后沿抖動(dòng)閉合穩(wěn)定圖3-11 按鍵抖動(dòng)信號(hào)波形3 測(cè)溫局部電路在此電路中，采用DS18B20數(shù)字溫度計(jì)見附錄5。溫度測(cè)量電路如圖3-12所示，1腳接地，3腳接電源，2

44、腳是數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳，接IOA7，同時(shí)通過(guò)4.7K上拉電阻接電源，可提供足夠電流，保證溫度測(cè)量的精確度。圖3-12 測(cè)溫電路3 繼電器控制電路此電路用于在閉環(huán)控制系統(tǒng)中對(duì)被控對(duì)象實(shí)施控制，此處被控對(duì)象為熱得快，采用對(duì)加在熱得快兩端的電壓進(jìn)行通斷的方法進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水加熱功率的調(diào)整，從而到達(dá)對(duì)水溫控制的目的。對(duì)熱得快通斷的控制采用SSR固態(tài)繼電器見附錄6。它的使用非常簡(jiǎn)單，只要在控制端加上一TTL電平，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器的開關(guān)。圖3-13為通過(guò)三極管NPN8050來(lái)控制繼電器的開關(guān)的。繼電器采用的是帶光電隔離的過(guò)零型雙向可控硅AC-SSR固態(tài)繼電器，為使其實(shí)現(xiàn)過(guò)零控制，就是要實(shí)現(xiàn)工頻電壓的過(guò)

45、零檢測(cè)，并給出脈沖信號(hào)，由單片機(jī)控制雙向可控硅過(guò)零脈沖數(shù)目。當(dāng)在其輸入端參加撤離控制信號(hào)時(shí)，輸出端接通斷開。圖3-13 繼電器控制電路即本電路的工作原理是：高電平導(dǎo)通，線圈有電，電池結(jié)構(gòu)觸點(diǎn)吸合；低電平斷開，線圈無(wú)電，電池結(jié)構(gòu)觸點(diǎn)別離，線路斷開。從而控制熱得快與電源的通斷，來(lái)到達(dá)加熱或冷卻水溫的目的，最終實(shí)現(xiàn)使水溫度穩(wěn)定在設(shè)定值上。3 數(shù)碼顯示電路本電路采用共陰極數(shù)碼管LED5361AS見附錄7進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，LED5361AS具有三位數(shù)碼管，這三個(gè)數(shù)碼管的段選a、b、c、d、e、f、g、dp分別接在一起，每一個(gè)都擁有一個(gè)共陰的位選端，通過(guò)動(dòng)態(tài)顯示方式顯示設(shè)置溫度與測(cè)量溫度，這有利于節(jié)省I/O口

46、。用IOB0IOB8口作為位選控制， IOA8IOA15口傳輸要顯示的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)線和位選線直接接凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)的I/O口即可，因?yàn)镮/O口輸出電流很小不會(huì)對(duì)LED造成損壞，它的電壓值卻足以驅(qū)動(dòng)LED，這不像別的單片機(jī)還要外接驅(qū)動(dòng)電路和電阻，采用凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)大大減化了設(shè)計(jì)過(guò)程和硬件電路。圖3-14 數(shù)碼顯示電路此處使用的電阻起限流和穩(wěn)流作用。LED1顯示下限溫度值，LED2顯示實(shí)測(cè)溫度值，LED3顯示上限溫度值。3 超溫報(bào)警電路電路接法如圖3-15所示：三極管選定NPN8050，基級(jí)b連接一個(gè)20歐的電阻后接IOB15，發(fā)射極e連接地，集電極c連接蜂鳴器后接5v電壓。當(dāng)

47、實(shí)測(cè)溫度超過(guò)所設(shè)定的上限溫度值時(shí)，IOB15口輸出高電平，此時(shí)三極管導(dǎo)通，導(dǎo)通后蜂鳴器與電源正極連通，構(gòu)成一個(gè)工作回路，從而發(fā)出滴滴的報(bào)警響聲；反之實(shí)測(cè)溫度低于上限溫度值時(shí)，IOB15口輸出低電平，三極管截止，報(bào)警響聲停止。其中電阻R23在電路里起分壓限流的作用，NPN8050三極管起到模擬開關(guān)和放大信號(hào)的作用。圖3-15 超溫報(bào)警電路3 音頻輸出電路凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)自帶雙通道DAC音頻輸出， DAC1、DAC2轉(zhuǎn)換輸出的模擬量電流信號(hào)分別通過(guò)AUD1和AUD2管腳輸出， DAC輸出為電流型輸出，所以DAC輸出經(jīng)過(guò)SPY0030音頻放大，以驅(qū)動(dòng)喇叭放音，這為單片機(jī)的音頻設(shè)計(jì)提供了極大

48、方便。本系統(tǒng)的音頻局部的原理圖如圖3-16所示，在圖中可以看到一個(gè)兩針的連接器，其作用在于方便單通道與雙通道音頻輸出的選擇。可以選擇DAC1或DAC2單通道音頻輸出，輸出音質(zhì)較差；也可以選擇DAC1和DAC2雙通道音頻輸出，輸出音質(zhì)較好。圖3-16 音頻輸出電路本電路使用SPY0030功率放大器，主要是將SPCE061A兩路音頻輸出端通過(guò)SPY0030放大，經(jīng)喇叭播放。SPY0030相當(dāng)于 LM386但是比386 音質(zhì)好，而且它的工作電壓范圍為6V，此處電路只需要2.4V，最大輸出功率就可達(dá)850mW。而386的工作電壓要求至少4V，且輸出功率只有100mW。3 下載程序電路本次設(shè)計(jì)采用ISP

49、 下載方式，此方式使用了SPCE061A的異步串行端口UART實(shí)現(xiàn)與PC通信，下載程序時(shí)通過(guò)電平轉(zhuǎn)換電路將計(jì)算機(jī)的串口與SPACE061A單片機(jī)的IOB7和IOB10連接。電平轉(zhuǎn)換電路通過(guò)MAX232模組實(shí)現(xiàn)，通信速率為9600波特率，數(shù)據(jù)5秒傳輸一次。具體電路連接如下：如圖3-17將MAX232模組的Vcc與SPACE061A單片機(jī)I/O口的“+連接，GND與 SPACE061A單片機(jī)I/O口的“-連接，Tx1與SPACE061A單片機(jī)的IOB10口連接，Rx1與SPACE061A單片機(jī)的IOB7口連接。圖3-17 計(jì)算機(jī)MAX232 模組與 SPACE061A連接示意圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.

50、1 程序結(jié)構(gòu)說(shuō)明任何一個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)【7】都離不開硬件電路的連接，所以本課題硬件設(shè)計(jì)【8】的高度模塊化決定了軟件設(shè)計(jì)的模塊化。硬件接口連接如下：IOA0-IOA2KEY1KEY3IOA4IOA6zhishidengIOA7DS18B20IOA8-15LEDa-dp.IOB0-IOB8LED1-3IOB7 IOB10UARTIOB14SSRIOB15baojing由此可知其程序結(jié)構(gòu)應(yīng)包括：主控程序模塊、鍵盤掃描及處理子程序、采樣數(shù)據(jù)處理子程序、語(yǔ)音播報(bào)及顯示等子程序幾個(gè)局部。結(jié)構(gòu)框圖如圖4-1所示。主控程序模塊鍵盤掃描鍵值處理溫度采樣及上傳語(yǔ)音播報(bào)數(shù)碼顯示聲光報(bào)警繼電控制圖4-1 程序結(jié)構(gòu)主控

51、程序模塊在整個(gè)結(jié)構(gòu)中充當(dāng)管理者，管理所有子程序的調(diào)用，就相當(dāng)于個(gè)人計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)。它主要負(fù)責(zé)初始化各個(gè)I/O口，等待鍵盤事件的發(fā)生，并做出相應(yīng)的處理。并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候調(diào)用數(shù)據(jù)采樣程序，將采樣到的數(shù)據(jù)與鍵盤設(shè)定值比擬，用以控制繼電器的開斷，從而控制熱得快的輸出功率，來(lái)到達(dá)水溫調(diào)整，并調(diào)用語(yǔ)音播報(bào)程序，播報(bào)水的溫度。4.2 程序流程圖4 主程序程序按照模塊化設(shè)計(jì)，所有功能都可通過(guò)調(diào)用子程序完成，主程序較簡(jiǎn)單，流程圖如圖4-2所示。NY開始系統(tǒng)初始化鍵盤掃描溫度顯示是否有采樣數(shù)據(jù)處理N語(yǔ)音播報(bào)超溫報(bào)警繼電器控制Y取鍵值鍵值處理圖4-2 主程序流程圖4.2.2 按鍵掃描及處理子程序圖4-3為按鍵掃描及

52、處理子程序。通過(guò)此子程序可以預(yù)設(shè)系統(tǒng)的上下限溫度值。當(dāng)S1鍵按下時(shí)，經(jīng)過(guò)掃描、延時(shí)、再掃描，進(jìn)行去抖處理。當(dāng)S1鍵松開時(shí)，標(biāo)識(shí)為1選通下限十位，再次按下松開S1鍵時(shí)，標(biāo)識(shí)增1為2選通下限個(gè)位，以此類推，最后標(biāo)識(shí)為7時(shí)退出選通功能。在此期間當(dāng)檢測(cè)到S2或S3鍵按下時(shí)，顯示的數(shù)字將會(huì)加1或減1。在按鍵的同時(shí)會(huì)有相應(yīng)的語(yǔ)音提示。7YS1按下否？S1按下否？顯示下限十位，播1顯示下限個(gè)位，播2顯示上限十位，播4顯示上限個(gè)位，播5顯示上限小數(shù)位，播6顯示下限小數(shù)位，播3NNYYNYN1Y2Y3Y4Y5Y6Y調(diào)用Delay程序延時(shí)退出選通，播ok調(diào)用Delay程序S1釋放否？S2或S3按下否？返回?cái)?shù)字加或

53、減1，播顯示數(shù)字開始圖4-3 按鍵掃描及處理子程序流程圖4 數(shù)據(jù)采集子程序數(shù)據(jù)采集子程序流程圖如圖4-4所示。在測(cè)溫時(shí)首先設(shè)置DS18B20的I/O口為高電平，然后初始化DS18B20，在成功后DS18B20接收單片機(jī)的命令，然后再次初始化DS18B20在成功后啟動(dòng)測(cè)溫，返回。NYY開始設(shè)置I/O口為1初始化DS18B20是否成功？寫DS18B20命令長(zhǎng)時(shí)間延時(shí)初始化DS18B20是否成功？寫DS18B20命令，開始測(cè)溫循環(huán)取得溫度返回N圖4-4 數(shù)據(jù)采集子程序流程圖4 數(shù)碼顯示子程序數(shù)碼顯示子程序流程圖如圖4-5所示。系統(tǒng)利用數(shù)碼管進(jìn)行數(shù)值的顯示，為了節(jié)省IO口，在這里采用動(dòng)態(tài)掃描模式【6】

54、。具體就是向IOB口和IOA口分別送待顯示的七段數(shù)碼管的段碼和位碼，然后延時(shí)一段時(shí)間。然后進(jìn)行下一位數(shù)字的顯示。如果要顯示的三位數(shù)字都顯示完畢，那么循環(huán)顯示第一個(gè)要顯示的數(shù)字單元。如此循環(huán)，到達(dá)穩(wěn)定顯示的目的。開始動(dòng)態(tài)顯示初始化送顯示位位代碼送顯示位段代碼調(diào)用Delay延時(shí)程序指向下個(gè)顯示緩沖單元三位顯示結(jié)束？結(jié)束YN圖4-5 數(shù)碼顯示子程序流程圖4.2.5 語(yǔ)音播放子程序圖4-6為語(yǔ)音播放子程序。語(yǔ)音播放的原理很簡(jiǎn)單，具體過(guò)程是將單片機(jī)中存儲(chǔ)的語(yǔ)音數(shù)據(jù)順序取出，解碼后，以8kHz的速率進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換輸出，經(jīng)電容濾波后，恢復(fù)原始語(yǔ)音波形，通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器放音。播放循環(huán)開始開始播放停止播放語(yǔ)

55、音資源中斷效勞播放隊(duì)列返回設(shè)置中斷YN播放完畢？解碼，填入播放隊(duì)列播放初始化定時(shí)中斷從播放隊(duì)列取出數(shù)據(jù)送DAC輸出圖4-6 語(yǔ)音播放子程序流程圖4 超溫報(bào)警與繼電器控制子程序圖4-7為超溫報(bào)警與繼電器控制子程序。此子程序主要是通過(guò)比擬實(shí)測(cè)溫度與預(yù)設(shè)的上下限溫度的大小來(lái)控制報(bào)警電路及繼電器電路。當(dāng)實(shí)測(cè)溫度小于下限值時(shí)，黃燈亮警示，同時(shí)繼電器接通。當(dāng)實(shí)測(cè)溫度在上下限之間時(shí)，綠燈亮說(shuō)明溫度正常，假設(shè)標(biāo)識(shí)CC=1時(shí)，繼電器接通，而CC=0時(shí)，繼電器斷開。當(dāng)實(shí)測(cè)溫度大于上限值時(shí)，紅燈亮說(shuō)明超溫，同時(shí)蜂鳴器滴滴報(bào)警，繼電器斷開。CC=0CC=1YYNN實(shí)測(cè)溫度大于下限值？實(shí)測(cè)溫度小于上限值？綠燈亮黃燈亮紅

56、燈亮返回報(bào)警繼電器接通繼電器接通繼電器斷開繼電器斷開開始圖4-7 超溫報(bào)警與繼電器控制子程序流程圖5 安裝調(diào)試及誤差測(cè)試5.1 安裝調(diào)試工具電腦、5V電源、數(shù)字萬(wàn)用表、溫度計(jì)0100、小喇叭、下載線、連接線假設(shè)干、焊接工具一套。5.2 硬件調(diào)試本系統(tǒng)是采用模塊式設(shè)計(jì)的，包括電源、單片機(jī)最小系統(tǒng)、數(shù)碼顯示、音頻輸出、溫度采集、超溫報(bào)警及執(zhí)行裝置七大模塊。對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行安裝硬件調(diào)試時(shí)，可以分模塊進(jìn)行，安裝完一個(gè)模塊之后調(diào)試一個(gè)模塊，這樣可以更容易找出硬件中存在的問(wèn)題。1硬件調(diào)試過(guò)程：第一步：調(diào)試電源模塊，連接5V穩(wěn)壓源，當(dāng)電源接通時(shí)，紅色的發(fā)光二極管會(huì)點(diǎn)亮，此時(shí)用數(shù)字萬(wàn)用表檢測(cè)輸出電壓，正常的輸出電

57、壓應(yīng)為3.3V。第二步：調(diào)試單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊，連接3.3V電源，在電腦上編一個(gè)用按鍵控制二極管亮滅的簡(jiǎn)單程序，然后把它下載進(jìn)單片機(jī)里面運(yùn)行，假設(shè)能正常工作，說(shuō)明單片機(jī)的最小系統(tǒng)模塊沒有問(wèn)題。第三步：調(diào)試數(shù)碼顯示模塊，將數(shù)碼管的數(shù)據(jù)傳送IO口和選通IO口用連接線連接5V穩(wěn)壓源，送入高電平，此時(shí)數(shù)碼管應(yīng)能被點(diǎn)亮。第四步：調(diào)試音頻輸出模塊，結(jié)合程序進(jìn)行調(diào)試，編一個(gè)簡(jiǎn)單的語(yǔ)音輸出播報(bào)程序，下載進(jìn)單片機(jī)運(yùn)行，看能否正常播報(bào)。第五步：對(duì)溫度采集，超溫報(bào)警及執(zhí)行裝置模塊進(jìn)行調(diào)試，因這3個(gè)模塊電路較簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)一般不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，所以只需用數(shù)字萬(wàn)用表檢測(cè)其電路有無(wú)短路和斷路即可。2硬件調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決

58、方法問(wèn)題一：調(diào)試電源模塊時(shí)，電源接通后，紅色的發(fā)光二極管沒有點(diǎn)亮，輸出電壓為零。解決方法：由以上現(xiàn)象判斷可能是電路中出現(xiàn)了短路故障。認(rèn)真檢測(cè)一遍電路之后，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)穩(wěn)壓二極管正負(fù)接反了，導(dǎo)致短路。把穩(wěn)壓管正常連接之后，電源模塊恢復(fù)了正常工作。問(wèn)題二：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)沒有工作。解決方法：因單片機(jī)共有84個(gè)引腳，電路較復(fù)雜，布線時(shí)電路寬度設(shè)計(jì)比擬小，單片機(jī)最小系統(tǒng)沒有工作，電路中出現(xiàn)短路或斷路的可能性很大。用數(shù)字萬(wàn)用表認(rèn)真檢測(cè)了一遍電路，最后確定確實(shí)是電路中出現(xiàn)了多處斷路及引腳焊接不到位。一一改正之后，單片機(jī)最小系統(tǒng)恢復(fù)了正常。問(wèn)題三：數(shù)碼管沒有被點(diǎn)亮。解決方法：此現(xiàn)象一般是電路或三極管出現(xiàn)了問(wèn)題，用

59、數(shù)字萬(wàn)用表檢查電路之后沒有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，接著檢查三極管，發(fā)現(xiàn)三極管1、3管腳接反了，改正之后數(shù)碼管點(diǎn)亮了。5.3 軟件調(diào)試本系統(tǒng)使用到的程序由主程序和按鍵掃描處理、語(yǔ)音播報(bào)、數(shù)碼顯示、溫度采集、超溫報(bào)警、執(zhí)行裝置控制6個(gè)子程序組成。1軟件調(diào)試過(guò)程：對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行軟件調(diào)試時(shí)，采用unSP IDE D編程軟件來(lái)編寫程序，編寫好各個(gè)子程序進(jìn)行編譯與鏈接，然后分別下載到單片機(jī)里運(yùn)行，根據(jù)運(yùn)行的結(jié)果修改程序，直到能實(shí)現(xiàn)所要求的功能為止。最后把各個(gè)子程序整合起來(lái)，完善成一個(gè)程序。2軟件調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決方法問(wèn)題一：顯示的溫度值一直不停地閃爍。解決方法：查閱相關(guān)資料后得知，發(fā)現(xiàn)是運(yùn)行完程序之后，沒有及時(shí)清

60、看門狗而導(dǎo)致一直復(fù)位造成的，加上清看門狗相關(guān)程序后，溫度顯示穩(wěn)定了。問(wèn)題二：顯示的溫度值出現(xiàn)十位與個(gè)位重疊的現(xiàn)象。解決的方法：本次數(shù)碼顯示采用動(dòng)態(tài)掃描方式，出現(xiàn)重疊現(xiàn)象，有可能是位與位之間掃描延時(shí)太短，導(dǎo)致掃描過(guò)快，溫度值的十、個(gè)位都被送到了同一個(gè)數(shù)碼管而發(fā)生重疊。根據(jù)這一思路，相應(yīng)的加長(zhǎng)了延時(shí)時(shí)間，最后發(fā)現(xiàn)溫度顯示正常了。問(wèn)題三：按鍵反響不靈敏，需按幾下才做出反響。解決的方法：認(rèn)真檢查幾遍程序之后終于發(fā)現(xiàn)是按鍵的檢測(cè)程序出現(xiàn)了問(wèn)題，修改前的思路是當(dāng)檢測(cè)到控制按鍵的IO口不為低電平時(shí)，確定有按鍵被按下，這樣會(huì)導(dǎo)致按鍵按下時(shí)系統(tǒng)同時(shí)掃描所有控制按鍵的IO口之后才做出判斷，產(chǎn)生了一定延時(shí)而導(dǎo)致按鍵