4.基于單片機(jī)的測(cè)控系統(tǒng)

1、4. 基于單片機(jī)的測(cè)控系統(tǒng)單片微型計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)，Single Chip Microcomputer，SCM）又稱(chēng)為微控制器。它是指在一塊半導(dǎo)體芯片上集成了構(gòu)成計(jì)算機(jī)的基本要素（CPU、RAM、ROM、C/T、I/O等）。一塊芯片就相當(dāng)于一臺(tái)計(jì)算機(jī)。作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要的分支，應(yīng)用很廣，發(fā)展也很快。單片機(jī)已廣泛地應(yīng)用在智能儀器儀表、機(jī)電設(shè)備過(guò)程控制、自動(dòng)檢測(cè)、家用電器等各種測(cè)控系統(tǒng)及儀器。1單片機(jī)-一塊半導(dǎo)體芯片2 單 硅 晶 片 CPU存儲(chǔ)器控制電路定時(shí)器時(shí)鐘電路I / O口單片機(jī)單片機(jī)的形態(tài)只是一塊芯片，但是它已具有了微型計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)和功能。由于單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中常

2、常將它完全融入應(yīng)用系統(tǒng)之中，故而也有將單片機(jī)稱(chēng)為嵌入式微控制器(embedded micro-controller)。單片機(jī)的中央處理器(CPU)和通用微處理器基本相同，只是增設(shè)了“面向控制”的處理功能。例如：位處理、查表、多種跳轉(zhuǎn)、中斷處理功能等，增強(qiáng)了控制的實(shí)用性和靈活性。單片機(jī)在測(cè)控中的應(yīng)用31. 單片機(jī)在過(guò)程控制中的應(yīng)用2. 單片機(jī)在智能儀器中的應(yīng)用智能化儀器內(nèi)部基本上都是用單片機(jī)進(jìn)行信息控制與處理。特別是后來(lái)出現(xiàn)的數(shù)字信號(hào)處理器DSP是一種速度極高的單片機(jī)，它在通信和高速信息處理中起了極大的作用，從而擴(kuò)展了單片機(jī)在智能儀器中的應(yīng)用。數(shù)字量數(shù)字量MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)4時(shí)鐘源T0

3、 T1 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1時(shí)鐘電路SFR和RAMROM定時(shí)/計(jì)數(shù)器 CPU串行I/O口中斷系統(tǒng)并行I/O口系統(tǒng)總線(xiàn)MCS-51單片機(jī)的功能模塊框圖主要組成部分：中央處理單元CPU（8位） 只讀存儲(chǔ)器ROM /E2PROM隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器RAM特殊功能寄存器SFR（18個(gè)）并行I/O口串行I/O口定時(shí)器/計(jì)數(shù)器C/T中斷系統(tǒng)振蕩器和時(shí)鐘電路各部分之間通過(guò)內(nèi)部總線(xiàn)相連。 MCS-51單片機(jī)引腳功能540腳分三類(lèi)：1、I/O口線(xiàn)32根P0、P1、P2、P3共32位，對(duì)應(yīng)著芯片的32根引腳。2、控制線(xiàn)6根RST復(fù)位信號(hào)，晶振工作后2個(gè)機(jī)器周期的高電平復(fù)位CPU.A

4、LE地址鎖存信號(hào)，訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)該信號(hào)鎖存低8位地址；無(wú)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE為晶振6分頻PSEN外部程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端。從程序存儲(chǔ)器中取指令或讀取數(shù)據(jù)時(shí)，該信號(hào)有效。接外部ROM的輸出允許端EA程序存儲(chǔ)器有效地址，EA=1從內(nèi)部開(kāi)始執(zhí)行程序；EA=0從外部開(kāi)始執(zhí)行程序XTAL1時(shí)鐘振蕩器輸入端，內(nèi)部振蕩器輸入端XTAL2時(shí)鐘振蕩器輸出端，內(nèi)部振蕩器輸出端3、電源線(xiàn)2根VCC，GND電源和地+5V電源供電6P3.0：RXD串行口輸入P3.1：TXD串行口輸出P3.2：INT0外部中斷0輸入P3.3：INT1外部中斷1輸入P3.4：T0計(jì)數(shù)器0外部輸入P3.5：T1計(jì)數(shù)器1外部輸入P3.6

5、：WR片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)控制P3.7：RD片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀控制P3第二功能各引腳功能定義：?jiǎn)纹瑱C(jī)主要掌握以下幾點(diǎn)最小系統(tǒng)能夠運(yùn)行起來(lái)的必要條件 1.電源 2.晶振 3.復(fù)位電路對(duì)單片機(jī)任意I/O口的隨意操作 1.輸出控制電平高低2.輸入檢測(cè)電平高低定時(shí)器：特別是最常用的方式2中斷：外部中斷、串口中斷串口通信：?jiǎn)纹瑱C(jī)之間、單片機(jī)與計(jì)算機(jī)間DS18B20溫度傳感器DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司推出的支持“一線(xiàn)總線(xiàn)”接口的溫度傳感器，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)給處理器。適應(yīng)電壓范圍寬：3.0-5.5V獨(dú)特的單線(xiàn)接口方式，僅需一條線(xiàn)實(shí)現(xiàn)雙向通信支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能不需要任何外圍元件，全部傳感

6、元件和轉(zhuǎn)換電路集成在芯片內(nèi)測(cè)溫范圍-55 C-+125 C; -10 C-+85 C范圍內(nèi)精度為0.5 C可編程分辨率為9-12位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5 C，0.25 C，0.125 C和0.0625 C在9位分辨率時(shí)，最多在93.75 ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字；12位分辨率時(shí)，最多在750 ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字信號(hào)“一線(xiàn)總線(xiàn)”傳給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)燒毀，但不能工作8DS18B20引腳介紹9“單總線(xiàn)”10單條信號(hào)線(xiàn)即可傳輸指令，又可傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，因而這種單總線(xiàn)技術(shù)具有線(xiàn)路簡(jiǎn)單、

7、成本低廉、便于總線(xiàn)擴(kuò)展和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。單總線(xiàn)適用于單主機(jī)系統(tǒng)，能夠控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)設(shè)備，他們之間的數(shù)據(jù)交換，只通過(guò)一條數(shù)據(jù)線(xiàn)。主機(jī)設(shè)備通過(guò)一個(gè)漏極開(kāi)路或三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線(xiàn)，以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)能釋放主線(xiàn)，而讓其它設(shè)備使用總線(xiàn)。單總線(xiàn)通常要求外接一個(gè)約5k的上拉電阻。硬件連接11DS18B20控制指令33H-讀ROM55H-匹配ROM。發(fā)出此命令后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問(wèn)單總線(xiàn)上對(duì)應(yīng)的DS18B20，為下一步在改器件上的讀/寫(xiě)做準(zhǔn)備F0H-搜索ROM。用于確定掛接在總線(xiàn)上DS18B20的個(gè)數(shù)，識(shí)別各個(gè)64位ROM，為操作各器件做準(zhǔn)備CCH-跳過(guò)ROM。直接向器件發(fā)指令，適用于單片機(jī)

8、工作ECH-告警搜索命令。執(zhí)行后只有溫度超過(guò)設(shè)定值上限/下限的芯片才做出相應(yīng)。12DS18B20溫度轉(zhuǎn)換/讀取指令13高速暫存器RAM溫度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式DS18B20溫度轉(zhuǎn)換/讀取指令1444H-啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換。12位轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)為750ms，9位轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)為93.75ms，結(jié)果存入內(nèi)部RAMBEH-讀暫存器。讀取內(nèi)部RAM的溫度數(shù)據(jù)4EH-寫(xiě)暫存器。發(fā)出向內(nèi)部RAM的第2、3字節(jié)寫(xiě)上/下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟著是傳送兩字節(jié)數(shù)據(jù)48H-復(fù)制暫存器。將內(nèi)部RAM的第2、3字節(jié)內(nèi)容復(fù)制到E2PROM中B4H-讀供電方式。寄生供電時(shí)，返回0；外接電源供電時(shí)，返回1DS18B20工作時(shí)序初始化：15將數(shù)據(jù)

9、線(xiàn)拉到低電平；延時(shí)750s（該時(shí)間范圍480-960 s ）；將數(shù)據(jù)線(xiàn)拉到高電平；延時(shí)等待，如果初始化成功會(huì)在15-60 s產(chǎn)生一個(gè)DS18B20返回的低電平；CPU讀到低電平0后在延時(shí)至少480s；將數(shù)據(jù)線(xiàn)拉到高電平；初始化結(jié)束DS18B20工作時(shí)序16void ds_init()unsigned int i;ds=0;i=103;while(i0)i-;ds=1;i=4;while(i0)i-;if(ds!=0)lcd_write_comm(0 x80+0 x40);lcd_write_data(E);lcd_write_data(r);lcd_write_data(r);lcd_writ

10、e_data(o);lcd_write_data(r); delay(1);ds=1;將數(shù)據(jù)線(xiàn)拉到低電平；延時(shí)750s（該時(shí)間范圍480-960 s ）；將數(shù)據(jù)線(xiàn)拉到高電平；延時(shí)等待，如果初始化成功會(huì)在15-60 s產(chǎn)生一個(gè)DS18B20返回的低電平；CPU讀到低電平0后在延時(shí)至少480s；將數(shù)據(jù)線(xiàn)拉到高電平；初始化結(jié)束初始化：DS18B20工作時(shí)序17將數(shù)據(jù)線(xiàn)拉到低電平；延時(shí)15s；從低位到高位依次發(fā)送數(shù)據(jù)；延時(shí)45s；將數(shù)據(jù)線(xiàn)拉到高電平；重復(fù)1-5，直到整個(gè)字節(jié)發(fā)送完畢。寫(xiě)數(shù)據(jù)：DS18B20工作時(shí)序18寫(xiě)數(shù)據(jù)：void ds_write (unsigned char dat)unsign

11、ed char i,j;bit testb;for (j=0;j1;if (testb)/寫(xiě)1ds=0;_nop_();_nop_();ds=1;i=8;while(i-);else/寫(xiě)0ds=0;i=8;while(i-);ds=1;_nop_();_nop_();將數(shù)據(jù)線(xiàn)拉到低電平；延時(shí)15s；從低位到高位依次發(fā)送數(shù)據(jù)；延時(shí)45s；將數(shù)據(jù)線(xiàn)拉到高電平；重復(fù)1-5，直到整個(gè)字節(jié)發(fā)送完畢；DS18B20工作時(shí)序19將數(shù)據(jù)線(xiàn)拉到低電平；延時(shí)15s；從低位到高位依次發(fā)送數(shù)據(jù)；延時(shí)45s；將數(shù)據(jù)線(xiàn)拉到高電平；重復(fù)1-5，直到整個(gè)字節(jié)發(fā)送完畢。讀數(shù)據(jù)：DS18B20工作時(shí)序20將數(shù)據(jù)線(xiàn)拉到低電平；延時(shí)

12、6s；將數(shù)據(jù)線(xiàn)拉到高電平；延時(shí)4s；讀取數(shù)據(jù)線(xiàn)上的一個(gè)狀態(tài)位，進(jìn)行處理；延時(shí)30s；將數(shù)據(jù)線(xiàn)拉到高電平；重復(fù)1-7，直到整個(gè)字節(jié)讀取完畢。讀數(shù)據(jù)：unsigned char ds_read ()unsigned char i,j,k,dat;dat=0;for(i=0;i=7;i+)ds=0;_nop_();_nop_();ds=1;_nop_();j=ds;k=8;while(k-);dat=(ji)|dat;ds=1;return (dat);啟動(dòng)轉(zhuǎn)換和讀取溫度21void ds_start()ds_init();/初始化ds_write(0 xcc);/跳過(guò)ROMds_write(0 x

13、44);/啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換unsigned int get_temp()unsigned char a,b;unsigned int temp;ds_init(); /初始化delay(1);ds_write(0 xcc);/跳過(guò)ROMds_write(0 xbe);/讀取RAMa=ds_read();b=ds_read(); /讀取溫度值temp=b;temp=8;temp=temp|a;return temp;啟動(dòng)子程序讀取溫度子程序22電冰箱溫度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)直冷式電冰箱的控制原理是根據(jù)蒸發(fā)器的溫度控制制冷壓縮機(jī)的啟、停，使冰箱內(nèi)的溫度保持在設(shè)定溫度范圍內(nèi)。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)蒸發(fā)器的溫度高至35 時(shí)啟動(dòng)壓縮機(jī)制冷，當(dāng)溫度低于-10-20 時(shí)停止制冷，關(guān)斷壓縮機(jī)。采用單片機(jī)控制，可以使控制更準(zhǔn)確、靈活?？刂圃恚弘姳錅囟葴y(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)直冷式電冰箱的控制要求設(shè)定3個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，測(cè)量范圍-26+26，精度0.5；利用功能鍵分別控制溫度設(shè)定、速凍設(shè)定、冷藏室及冷凍室溫度設(shè)定等；利用數(shù)碼管顯示冷凍室、冷藏室溫度，壓縮機(jī)啟、停和速凍、報(bào)警狀態(tài)；制冷壓縮機(jī)停機(jī)