多路溫度采集和顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、目 錄 第一章 多路溫度采集顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)方案31.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求131.2系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)3第二章 主控模塊的設(shè)計(jì)62.1 8051單片機(jī)的特點(diǎn)及引腳62.2 8051芯片的引腳62.3 8051單片機(jī)的擴(kuò)展及系統(tǒng)電路8第三章 信號(hào)輸入通道與信號(hào)采樣模塊的設(shè)計(jì)113.1 A/D芯片的選用及說明113.2信號(hào)采樣模塊的電路設(shè)計(jì)15第四章 顯示系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)及鍵盤控制204.1顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)204.2報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)234.3 鍵盤控制的設(shè)計(jì)23第五章 系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)255.1電源系統(tǒng)的組成255.2電源設(shè)計(jì)原理255.3電路26第六章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)276.1 主控模塊的程序設(shè)計(jì)

2、276.2 LED顯示程序設(shè)計(jì)316.3 報(bào)警系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)32結(jié) 論35致 謝36參考文獻(xiàn)37附錄1：程序清單.39摘 要基于51單片機(jī)的車用數(shù)字溫度儀表設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 眾所周知，車輛儀表作為駕駛員與汽車進(jìn)行信息交流的重要接口和平臺(tái)，是車輛安全行駛的重要保證。隨著電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)汽車儀表逐漸被微處理器為核心的電子控制數(shù)字儀表取代已成為必然趨勢(shì)。然而，目前國(guó)內(nèi)車輛儀表數(shù)字化水平還不高，絕大部分儀表還是模擬式的，而大多數(shù)模擬儀表表頭的體積較大、數(shù)量多，使得顯示系統(tǒng)擁擠不堪，影響美觀；另外一些模擬儀表故障率高，增加了用戶的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，減小了車輛行使的安全系數(shù)。 為克服這些缺點(diǎn)，文中提出用51單片

3、機(jī)、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器件ADC0809及霍爾開關(guān)及數(shù)字式溫度傳感器DS18B20等對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了新型全數(shù)字儀表系統(tǒng)，該儀表系統(tǒng)有顯示直觀準(zhǔn)確、靈敏度高、使用壽命長(zhǎng)、靈巧美觀、成本低等優(yōu)點(diǎn)。 本文設(shè)計(jì)是以MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的，通過熱電阻變送器對(duì)熱電阻隨溫度的變化而得到的模擬信號(hào)進(jìn)行采集，連接多路模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)多路模擬信號(hào)的采集，并通過A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，把轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)按照順序分別送入單片機(jī)或把指定的那路信號(hào)送入單片機(jī)，通過單片機(jī)進(jìn)行控制操作，通過對(duì)單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展和程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展來提高片內(nèi)存儲(chǔ)器.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量，以便于在單片機(jī)的應(yīng)用中滿足單片機(jī)

4、在定時(shí)器、中斷、串行口等方面的要求；本設(shè)計(jì)是通過LED來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的，通過單片機(jī)對(duì)多路模擬開關(guān)的控制進(jìn)行多選一，把其中一路的信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換，在通過單片機(jī)把采集到的信號(hào)送到LED電路當(dāng)中進(jìn)行顯示，此設(shè)計(jì)中LED顯示使用的串行接口來顯示的，它是通過人的視覺斬留特性，只觀賞感覺是連續(xù)點(diǎn)亮的；本文通過單片機(jī)報(bào)警系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)熱電阻傳感器隨測(cè)量的溫度范圍200700攝氏度，若超出這個(gè)溫度范圍則報(bào)警。以單片機(jī)為核心完成溫度巡測(cè)、數(shù)據(jù)處理.顯示及上下限報(bào)警功能。關(guān)鍵字：A/D轉(zhuǎn)換器，DBW熱電阻變送器，單片機(jī)，LED，報(bào)警器ABSTRACTIt is based on MCS-51 one

5、-chip computer system for this text not to design, is it gather to go on through thermal resistance changer to analog signal that thermal resistance receive with change of temperature, join many way analog switch realize many way collection of analog signal , is it count through A/D converter to ana

6、log signal mould change to go on, Send digital signal received to change according to order into one-chip computer or designated those distance signal send into the one-chip computer separately, carry on control operation through one-chip computer , is it improve scenes of memory storing device to c

7、ome through data expansion and expansion , procedure of memory of memory in one-chip computer. Capacity of the data memory ,So that the demand in meeting the one-chip computer in the timer , cuts off , the serial mouth in the application of the one-chip computer etc.; Is it is it realize realistic s

8、ystem of one-chip computer to come through LED , is it select for one more through one-chip computer control on analog switch of many ways to go on to design originally, undergo conversion , A/D of converter among them one No. of signals , send through one-chip computer signal got to gather LED show

9、 among the circuit, design this LED serial interface used to show is it show to come, it to cut characteristic of staying through vision of people, only view and admire and feel and light in succession ; This text realizes 200700 degrees Centigrade of temperature ranges that the thermal resistance s

10、ensor measure at the same time through the warning system of the one-chip computer, if beyond the scope of this temperature to report to the police. Regard one-chip computer as the core and finish temperature and patrol examining , data processing . Show and the warning function of upper and lower l

11、imits.KEY WORDS: A/D converter, DBW thermal resistance changer , an one-chip computer, LED, an alarm前 言單片機(jī)以其體積小、功能齊全、價(jià)格低廉、可靠性高等待點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，特別在工業(yè)控制、智能化儀器儀表、產(chǎn)品自動(dòng)化、分布式控制系統(tǒng)中部已取得了可喜的成果。單片機(jī)已經(jīng)成為衡量工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志之一，是產(chǎn)品更新?lián)Q代、發(fā)展新技術(shù)、改造老產(chǎn)品的主要手段。目前，在眾多的單片機(jī)產(chǎn)品中，MCS5l系列、PIC系列及MCS96系列單片機(jī)是我國(guó)單片機(jī)應(yīng)用的主流機(jī)種。大家知道，在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，程序

12、設(shè)計(jì)是非常重要的一環(huán)，它的質(zhì)量直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能。用匯編語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的過程和用高級(jí)語言設(shè)計(jì)程序有相似之處，其設(shè)計(jì)過程大致可以分為以下幾個(gè)步驟： 1明確課題對(duì)程序功能、運(yùn)算精度、執(zhí)行速度等方面的要求及硬件條件。 2把復(fù)雜問題分解為若干個(gè)模塊，確定各模塊的處理方法，畫出程序流程圖。如果各模塊仍較為復(fù)雜，還應(yīng)分別畫出分模塊流程圖和總的流程圖。 3正確分配存儲(chǔ)器資源，如各程序段的存放地址、數(shù)據(jù)區(qū)地址、工作單元分配等。 4根據(jù)流程圖精心組合合適的指令和編制源程序。數(shù)據(jù)采集是單片機(jī)的一個(gè)重要應(yīng)用，同時(shí)它也是單片機(jī)和傳感器的重要接口。在實(shí)際應(yīng)用中，單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集信號(hào)類型有以下幾種：一種是模擬的電

13、壓信號(hào)和電流信號(hào)，另一種就是數(shù)字信號(hào)，例如PWM信號(hào)和串行通信信號(hào)。一般的單片機(jī)就是通過A/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)對(duì)外部電壓信號(hào)的采集，利用電流/電壓轉(zhuǎn)換芯片和A/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)對(duì)電流信號(hào)的檢測(cè)，通過脈沖計(jì)數(shù)和串行通信處理數(shù)字信號(hào)。溫度是工業(yè)生產(chǎn)過程中最普遍.最重要的操作參數(shù)之一。溫度檢測(cè)和溫度控制都直接與安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量.、生產(chǎn)效率、節(jié)約能源等重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相聯(lián)系。單片機(jī)以其體積小、性能價(jià)格比高、指令豐富、提供多種外圍接口部件、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種家電產(chǎn)品自動(dòng)化儀表、工業(yè)控制系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)中，在溫度控制領(lǐng)域和溫度檢測(cè)的應(yīng)用也十分廣泛。溫度采集即溫度檢測(cè)通過溫度檢測(cè)元件隨溫度的變化而進(jìn)行數(shù)據(jù)

14、采集的，按檢測(cè)元件份溫度傳感器：1、熱電阻溫度傳感器；2、熱電偶傳感器；3、熱敏電阻傳感器。本文采用的是熱電阻傳感器。單片機(jī)的顯示系統(tǒng)和單片機(jī)的輸入部分是單片機(jī)的外圍電路，同時(shí)它是人機(jī)交流的重要的接口。在實(shí)際應(yīng)用中，單片機(jī)系統(tǒng)都會(huì)有輸入和顯示部分。其中輸入主要是按鍵、鍵盤等提供給使用者進(jìn)行狀態(tài)和參數(shù)輸入的器件。該器件將通過按鍵或者鍵盤將操作狀態(tài)和參數(shù)變成單片機(jī)能夠識(shí)別的電信號(hào)輸入到單片機(jī)；另一方面，單片機(jī)通過輸出設(shè)備，例如數(shù)碼管、液晶和微型打印機(jī)等。本文是基于單片機(jī)的多路溫度采集和顯示系統(tǒng)，即單片機(jī)控制的溫度采集及其顯示，溫度傳感器采用電阻元件熱電阻隨溫度的變化而采集到的信號(hào)，用LED顯示其結(jié)

15、果：有鉑熱電阻溫度計(jì)Pt100感受的溫度，經(jīng)測(cè)溫電橋變成電信號(hào)，再經(jīng)放大器放大及非線性補(bǔ)償器，把非線形電信號(hào)轉(zhuǎn)變成線性電信號(hào)，它和多路選擇電信號(hào)，同時(shí)進(jìn)入選擇開關(guān)，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器可分別在數(shù)碼顯示器顯示測(cè)量溫度或設(shè)定溫度值。第一章 多路溫度采集顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)方案1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求本設(shè)計(jì)要求利用單片機(jī)對(duì)8路熱電阻溫度信號(hào)進(jìn)行采集和顯示。熟悉單片機(jī)在溫度巡回檢測(cè)儀表中的應(yīng)用。掌握單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。本設(shè)計(jì)要求采用逐漸逼近式A/D轉(zhuǎn)換器來進(jìn)行對(duì)信號(hào)的采集轉(zhuǎn)換，并通過LED來實(shí)現(xiàn)溫度采集的顯示，設(shè)計(jì)是通過8個(gè)熱電阻來進(jìn)行溫度采集的，要求溫度范圍在200700攝氏度。要求能夠?qū)崿F(xiàn)巡回

16、顯示和指定顯示，通過完成本次設(shè)計(jì)來加深對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的掌握和了解。 121.2系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì) 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一般過程如圖1-1所示。圖1-1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般過程1. 確定總體設(shè)計(jì)方案根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的目標(biāo)、任務(wù)，確定總體方案。（1） 明確應(yīng)用系統(tǒng)的目標(biāo)、任務(wù) 系統(tǒng)外圍設(shè)備：?jiǎn)纹瑱C(jī)的ROM、RAM的擴(kuò)展，ADC0809的數(shù)模轉(zhuǎn)換，鍵盤的指定顯示，LED的串行顯示，報(bào)警系統(tǒng)。（2） 確定參數(shù)與數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換和方法單片機(jī)只能接收、處理、輸出數(shù)字信號(hào)，所以必須進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，本設(shè)計(jì)是經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)的。（3） 機(jī)型選擇根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的復(fù)雜程度來選擇4位、8位還是16位機(jī)，根據(jù)場(chǎng)合、精度要求等確

17、定使用那種類型，選擇機(jī)型一般為市場(chǎng)流行的，也考慮經(jīng)濟(jì)因素。本設(shè)計(jì)機(jī)型選用的是MCS-51單片機(jī)及其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 。（4） 劃分硬件和軟件的功能本設(shè)計(jì)中，熱電阻的溫度采集和熱電阻變送器輸出的電壓信號(hào)15v是直接用電路實(shí)現(xiàn)的，鍵盤的指定顯示、LED的顯示、報(bào)警系統(tǒng)、主控模塊系統(tǒng)既需要硬件電路，也需要軟件來實(shí)現(xiàn)。2. 硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)的具體步驟：輸入數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)的傳送方式為中斷方式，查詢方式。本系統(tǒng)的主要電路是小規(guī)模的擴(kuò)展系統(tǒng)資源分配：輸入信號(hào)使用的是ADC0809的輸入端口，單片機(jī)使用的是P0并行口；輸出信號(hào)用的是P1口。3. 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)程序墳主控制模塊、顯示模塊、報(bào)警模

18、塊等，其程序見各章。4. 仿真調(diào)試 一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)并非一次就可以正確無誤的設(shè)計(jì)出來，尤其是涉及的程序，必須經(jīng)過多次調(diào)試才能保證卻砸無誤地工作。先安裝部分硬件，在專用的仿真器或開發(fā)試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行調(diào)試。5. 安裝統(tǒng)調(diào)在線仿真調(diào)試確認(rèn)軟、硬件設(shè)計(jì)無誤，達(dá)到要求后，就可以進(jìn)行安轉(zhuǎn)統(tǒng)調(diào)，包括固化程序、電路板制作、元件線路焊接、安裝、整機(jī)統(tǒng)調(diào)。所謂統(tǒng)調(diào)就是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)地個(gè)元件的參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)整。6. 投入使用和產(chǎn)品化第二章 主控模塊的設(shè)計(jì)2.1 8051單片機(jī)的特點(diǎn)及引腳 要學(xué)習(xí)單片機(jī)，首先要對(duì)它的部件組成有一個(gè)整體概念。美國(guó)的Intel公司人1980年推出了MCs53系列(以F簡(jiǎn)稱8051單片機(jī))高檔8位單片

19、機(jī)。805l系列單片機(jī)的基本產(chǎn)品有805l、8031、8751、8951。8051單片機(jī)的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器是掩膜型的，8031單片機(jī)無片內(nèi)程序行儲(chǔ)器，875l單片機(jī)的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器是EPROM型的，8951單片機(jī)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器是FLASH型的。805l系列單片機(jī)是HMos工藝的，其硬件結(jié)構(gòu)如下。1. 8位CPU8051系列單片機(jī)都是8位機(jī)，數(shù)據(jù)線是8位的。2. 輸入/輸出線8051單片機(jī)的I/O線有32根，即4個(gè)并行接口，P0、P1、P2、P3其中一個(gè)有兩個(gè)I/O線構(gòu)成的全雙工的串行口。3. 存儲(chǔ)器805l系列單片機(jī)都有128kB或者256kB片內(nèi)RAM，4Kb或者8kB片內(nèi)ROM。外部存儲(chǔ)器可

20、以尋址ROM空間為64kB，RAM空間為64kB。 4定時(shí)/計(jì)數(shù)器8051系列單片機(jī)具有兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，可以通過編程實(shí)現(xiàn)4種工作模式。 5. 中斷源8051單片機(jī)有5個(gè)中斷源，分為兩個(gè)優(yōu)先級(jí)，每個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)是可以編程的。 6布爾處理器805l系列單片機(jī)的布爾處理器是一個(gè)完整的一位微控制器。8051單片機(jī)的8位機(jī)硬件資源和一位機(jī)的硬件資源是復(fù)合在一起的。2.2 8051芯片的引腳8051系列單片機(jī)有40引腳雙列直插封裝的， 也有44引腳PLcc方形封裝工藝的。在8051系列單片機(jī)的40個(gè)引腳中，2個(gè)引腳是芯片主電源的引腳，2個(gè)引腳是外接晶振的引腳，4個(gè)引腳是控制用引腳，剩下32個(gè)引

21、腳是32條輸入輸出線的引腳。 1. 芯片主電源引腳 第40引腳是Vcc引腳，接電源的+5v電壓為彈片機(jī)芯片提供電能。 第20引腳是Vss引腳，接地。 2. 晶振引腳 第19引腳是晶振引腳XTAL1，它接單片機(jī)內(nèi)部一個(gè)反相放大器的輸入瑞*該放大器構(gòu)成片內(nèi)振蕩器。第18引腳是晶振引腳XTAL2，它按單片機(jī)內(nèi)部反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，XTAL1引腳接地，XTAL2引腳接外部振蕩器信號(hào)。3. 控制引腳 控制引腳共有4個(gè)，分別是RSTVPD、ALEPR0G、PSEN、EAVpp。 復(fù)位引腳RSTVPD是第9腳，需要外接復(fù)位電路，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平就會(huì)使單片機(jī)復(fù)位。一般來說

22、復(fù)位電路是在此引腳和Vss引腳之間加一個(gè)10k 歐姆的電阻，在和Vcc引腳之間加個(gè)10pF的電容。 復(fù)位引腳還有數(shù)據(jù)掉電保護(hù)作用，該引腳需接備用電源，芯片電源Vcc掉電并下降到規(guī)定購(gòu)電壓后，該引腳就向內(nèi)部RAM提供備用電源。 地址鎖存使能引腳ALEPR0G是第30引腳，當(dāng)訪問外部器件時(shí)，ALE輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。對(duì)于8751單片機(jī)，該引腳在編程時(shí)被用于編程脈沖的輸入端。 PSEN是第29引腳，該引腳的輸出是外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)，輸出低電平有效。 EAVpp引腳是第31引腳，該引腳主要是用于區(qū)分片內(nèi)外程序存儲(chǔ)器。EAVpp為高平時(shí)，訪問的是片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，如果地址范圍超出了片內(nèi)程序存

23、儲(chǔ)器，則自動(dòng)轉(zhuǎn)到片外程序存儲(chǔ)器。EAVpp為低電平時(shí)，則訪問的是片外程序存儲(chǔ)器。4.輸入/輸出引腳 P0口是第32引腳到第39引腳。P0口是8位三態(tài)I/O口，一般復(fù)用作地址數(shù)據(jù)線，即數(shù)據(jù)線與地址線的低8位復(fù)用。P1口是第1引腳到第8引腳。P1口是8位準(zhǔn)雙向口，其輸出沒有高阻態(tài)，輸入不能鎖存。對(duì)于8052，P1.0引腳還是T2定時(shí)器計(jì)數(shù)器的輸入，P1.1是T2的外部控制端，P2口是第21引腳到第28引腳o P2口也是8位準(zhǔn)雙向口。一般用作地址線的高8位。P3口是第10引腳到第17引腳。P3口也是8位難雙向口?？梢杂米髌胀↖/O口，也可以夏用如下功能： P3.0作串行通信輸入口RxD； P3.1作

24、串行通氣輸出口TxD； P3.2作外剖中斷0輸入； P3.3作外部中斷1輸入； P3.4作定時(shí)器o外部輸入； P3.5作定時(shí)器1外部輸入； P3.6作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫脈沖： P3.7作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖?？梢?，P1口只能做I/O口用，而其余3個(gè)口P0、P1、P2即可以做普通的I/O口用可以用作特殊功能。4個(gè)接口的負(fù)載能力也不一樣，P1、P2、P3口能驅(qū)動(dòng)3個(gè)LS TTL門，并且不需要外接電阻就能直接驅(qū)動(dòng)Mos電路，而P0口能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS TTL門，但驅(qū)動(dòng)MOS電路時(shí)若作為地址/數(shù)據(jù)總線，可以直接驅(qū)動(dòng)，而作為I/O口時(shí)需要外接上拉電阻。2.3 8051單片機(jī)的擴(kuò)展及系統(tǒng)電路由于單片機(jī)的輸入/輸

25、出引腳有限，一般的，我們采用地址存儲(chǔ)器進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)總線的擴(kuò)展。常用的單片機(jī)地址鎖存器芯片有74LS373、8282、74LS273等。圖2-1所示為74LS373的引腳以及他們用作地止鎖存器的連接方法。74LS373是 帶三態(tài)輸出的8位鎖存器。當(dāng)三態(tài)門為有效低電平，使能端G為有效高電平時(shí)，輸出跟隨輸入變化；當(dāng)G由高變低時(shí)，輸出端8位信息被鎖存，直到G端再次有效為止。圖2-1 74LS373的引腳 圖2-2 2764的各個(gè)功能引腳 在2764中主要有7種功能引腳： Vcc：電源電壓,+5v. GND: 地。 A0A12:地址線。 D0D7：數(shù)據(jù)線。 OE：片輸出允許，連接單片機(jī)的讀信號(hào)線。 C

26、E：片選信號(hào)引腳，由地址線譯碼器或單線選通。 Vpp：編程寫入電壓。圖2-3 6264的各個(gè)功能引腳6264是8k*8的SRAM芯片，在6264中主要有6種功能引腳： WE：寫允許引腳，低電平有效。 A0A12：地址線。 D0D7：數(shù)據(jù)線。 OE：片輸出允許，低電平有效。 CS1：片選信號(hào)引腳，低電平有效。 CS2：片選信號(hào)引腳，高電平有效。8051單片機(jī)與ADC0809、2764及6264的接線電路如圖2-4所示。圖2-4 主控制模塊電路第三章 信號(hào)輸入通道與信號(hào)采樣模塊的設(shè)計(jì)3.1 A/D芯片的選用及說明 A/D轉(zhuǎn)換器從原理上通常分為四類：計(jì)數(shù)器式A/D轉(zhuǎn)換器、雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器、逐漸逼

27、近式A/D轉(zhuǎn)換器和并行A/D轉(zhuǎn)換器。計(jì)數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但轉(zhuǎn)換速度很慢，所以很少采用。雙積分A/D轉(zhuǎn)換器抗干擾能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換精度也很高，但速度不夠理想。逐漸逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜，轉(zhuǎn)換速度也很高。并行A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度最快，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且造價(jià)高。因此，選用逐漸逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。3.1.1逐漸逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理逐漸逼近式A/D轉(zhuǎn)換器是一種采用對(duì)分搜索原理來實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的方法，邏輯框圖如圖3-1所示。圖3-1 逐漸逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯框圖有圖可以看出，逐漸逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，由N位寄存器、N位D/A轉(zhuǎn)換器、比較器以及控制邏輯部分組成。其工作原理如下:當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)

28、作用后，時(shí)鐘信號(hào)在控制邏輯作用下，首先使寄存器Dn-1=1,N位寄存器的數(shù)字量一方面作為輸出用，另一方面經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬量Vc后，送到比較器。在比較器中與被轉(zhuǎn)換的模擬量Vx進(jìn)行比較，控制邏輯根據(jù)比較器的輸出進(jìn)行判斷。若Vx=Vc,則保留這一位；若VxVc,則Dn-1=0.Dn-1位比較完后，再對(duì)下一位Dn-2進(jìn)行比較，使Dn-2=1,與上一位Dn-1位一起進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換后再進(jìn)入比較器，與Vx進(jìn)行比較，如此一位一位地繼續(xù)下去，直到最后一位D0比較完為止。此時(shí)，N位寄存器的數(shù)字量即為Vx所對(duì)應(yīng)地?cái)?shù)字量。3.1.2 A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)1轉(zhuǎn)換精度A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度分為絕對(duì)精度和

29、相對(duì)精度。所謂絕對(duì)精度，是指對(duì)應(yīng)于一個(gè)給定的數(shù)字量A/D轉(zhuǎn)換器的誤差，其誤差的大小優(yōu)實(shí)際模擬量輸入值和理論值之差來度量。實(shí)際上，對(duì)于同一個(gè)數(shù)字量，其模擬量輸入不是固定值得，而是一個(gè)范圍。產(chǎn)生已知數(shù)字量的模擬輸入值，定義為輸入范圍的中間值。例如，在理論上，5v模擬量輸入電壓應(yīng)產(chǎn)生12位數(shù)字量的一半，即1000 0000 0000，但實(shí)際上從4.997v都能產(chǎn)生數(shù)字量1000 0000 0000，則絕對(duì)誤差為:(4.997+4.999)/2-5=-0.002=-2mV絕對(duì)誤差包括增益誤差，零點(diǎn)誤差和非線性誤差等。絕對(duì)誤差的測(cè)量應(yīng)該在標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行。相對(duì)誤差是指絕對(duì)誤差與滿刻度值之筆，一般用百分?jǐn)?shù)來

30、表示，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器也常用PPM或最低有效值得位數(shù)LSB來表示。1LSB=滿刻度值/2N2. 轉(zhuǎn)換時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間成為轉(zhuǎn)換時(shí)間。一般用的8位A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間為幾十至幾百微秒。3. 分辨率分辨率是指A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)微小輸入信號(hào)變化的敏感程度。分辨率高，轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)輸入量微小變化的反映越靈敏。通常用數(shù)字量得位數(shù)來表示，如8位、10位、12位等。分辨率為N,表示它可以對(duì)滿刻度的1/2N的變化量做出反應(yīng)。即：分辨率=滿刻度值/2N4. 電源靈敏度當(dāng)電源電壓變化時(shí)，將使A/D轉(zhuǎn)換器的電源發(fā)生變化，這種變化的實(shí)際作用相當(dāng)于A/D轉(zhuǎn)換器的輸入量的變化，從而產(chǎn)生誤差。3.1.3 典型的

31、A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809ADC0809時(shí)帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和微機(jī)直接接口。七姐妹芯片是ADC0808，可以互相替換。1. ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。由圖3-2可以看出，ADC0809有一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。2. 引

32、腳結(jié)構(gòu)ADC0809采用雙列直插式封裝，共有28條引腳。其引腳結(jié)構(gòu)圖如圖3-3所示。圖3-3ADC0809引腳圖圖 3-2 ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) （1）IN0IN7:8條模擬量通道ADC 0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是05v，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。（2）地址輸入和控制線：4條ALE 為地址鎖存允許輸入線,高電平有效。當(dāng)ALE現(xiàn)為高電平時(shí)，地止鎖存與譯碼器將ADDA、ADDB和ADDC三條地址輸入線，用于選通IN0IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇如表3-1所示。 表3-1被選通道

33、和地址的關(guān)系（3）數(shù)字量輸出及控制線：11條START 為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)START上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。EOC位轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=1,輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7D0位數(shù)字?jǐn)?shù)出線。（4）電源線及其他：5條CLOCK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須有外界提供，通常使用頻率為500KHz的時(shí)鐘信號(hào)。Vcc為+5V電源線。GN

34、D為地線。Vref(+)和Vref(-)為參考電壓輸入，參考電壓用來與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型去值：Vref(+)=+5v,Vref(-)=0v. 3.2信號(hào)采樣模塊的電路設(shè)計(jì)熱電式傳感器是溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置，它利用敏感元件的電磁參數(shù)隨溫度變化而變化的特性來達(dá)到測(cè)量目的。本設(shè)計(jì)是用熱電阻傳感器來進(jìn)行測(cè)量的，熱電阻的特點(diǎn)是精度高，適用于測(cè)低溫。3.2.1 熱電阻的材料及工作原理雖然大多數(shù)金屬的電阻值隨溫度變化而變化，然而并不是所有的金屬都能作為測(cè)量溫度的熱電阻。作為測(cè)量溫度熱電阻的金屬材料應(yīng)具有如下特性：電阻溫度系數(shù)大，電阻率要大，熱容量下；在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)應(yīng)

35、具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)；電阻與溫度的關(guān)系最好近似于線性，或?yàn)槠交那€；并要求容易加工，復(fù)制性好，價(jià)格便宜。目前應(yīng)用最廣發(fā)的熱電阻材料試鉑和銅并且已做成標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫?zé)犭娮?，本設(shè)計(jì)選用的是鉑電阻。鉑電阻的特點(diǎn)是精度高，穩(wěn)定性好，性能可靠。鉑在氧化性氣氛中，甚至在高溫下的物理、化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定。因此鉑被公認(rèn)為是目前制造熱電阻的最好材料。鉑電阻作為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)使用，也常被用在工業(yè)測(cè)量中。此外，還被廣乏地應(yīng)用于溫度的基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)的傳遞。鉑電阻的阻值溫度之間的關(guān)系，在0850攝氏度范圍內(nèi)可用下式表示，Rt=Ro(1+At+Bt2) (3-1)在-2000范圍內(nèi)用下式表示，Rt=Ro1+At+Bt2+C(t

36、-100)3 (3-2) 式中 Rt-溫度為t攝氏度時(shí)的鉑電阻的阻值； Ro-溫度為0時(shí)的鉑電阻值；A、B、C-常數(shù)，A=3.940*10-3/攝氏度 B=-5.802*10-7/攝氏度 C=-4.274*10-12/攝氏度對(duì)滿足上訴關(guān)系的熱電阻，其溫度系數(shù)約為3.9*10-3/攝氏度。由式（3-1）、式（3-2）可見，電阻值與t及Ro有關(guān)，當(dāng)Ro值不同時(shí)，即使在同樣的溫度下其Rt的值也不同。因此作為測(cè)量用熱電阻必須規(guī)定Ro值。根據(jù)國(guó)家從1988年開始采用的IEC標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)用鉑電阻Ro有100和50歐姆兩種，并將電阻值Rt與溫度t的對(duì)應(yīng)關(guān)系列成表格，成為鉑電阻分度表，分度號(hào)分別為Pt100和P

37、t50。鉑電阻材料的純度通常用百度電阻比W(100)來表示，即W(100)=R100/Ro （3-3）式中 R100-水費(fèi)點(diǎn)時(shí)的鉑電阻的電阻值； Ro-水冰點(diǎn)時(shí)的鉑電阻的電阻值。目前技術(shù)水平已達(dá)到W(100)=1.3930，與之相應(yīng)的鉑純度為99.9995%，工業(yè)用鉑電阻純度W(100)=1.3871.390.3.2.2 測(cè)量電路測(cè)量電路是通過DBW系列的熱電阻變送器來實(shí)現(xiàn)的。DBW系列熱電阻溫度變送器一.概述 DBW型熱電阻溫度變送器是DDZ系列電動(dòng)單元組合儀表變送單元之一。它的作用是把測(cè)溫元件（熱電阻）所測(cè)得的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成420mA（或15V）直流電流信號(hào)，供給記錄儀、溫度指示儀或調(diào)節(jié)器

38、以組成檢測(cè)系統(tǒng)或調(diào)節(jié)系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)或自動(dòng)控制。二.技術(shù)參數(shù)1 輸入信號(hào)：測(cè)溫電阻所檢測(cè)的溫度變化電阻信號(hào)。2 輸出信號(hào)：420mADC或15VDC3 負(fù)載電阻：03004 工作條件：環(huán)境溫度：0+50 相對(duì)濕度：85% 工作振動(dòng)：頻率25Hz 全振幅0.1 周圍空氣中不應(yīng)含有對(duì)鉻、鎳鍍層，有色金屬及其合金起腐蝕作用的介質(zhì)。5、電源電壓：24VDC10%6、功耗：2W7、重量：2三.型號(hào)及規(guī)格名稱型號(hào)測(cè)量元件測(cè)量范圍基本誤差熱電阻溫度變送器DBW1210Gcu50溫度區(qū)間在 10以上的任意溫度范圍0.5% DBW1220Gcu100 DBW1230G(pt10) DBW1240G pt

39、100由以上參數(shù)選擇DBW-1240G型號(hào)的熱電阻變送器。功能簡(jiǎn)介：DBWM型熱電阻溫度變送器是DDZ型DBW熱電阻溫度變送器的改進(jìn)型產(chǎn)品。 DBWM型熱電阻溫度變送器與各種不同型號(hào)的熱電阻配套使用，將被測(cè)溫度線性地轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)15VDC（或420mADC），輸出供給指示。記錄儀，摸擬電動(dòng)調(diào)節(jié)器，可編程數(shù)字調(diào)節(jié)器，分?jǐn)?shù)控制系統(tǒng)及工業(yè)過程控制機(jī)使用。特點(diǎn)：本儀表采可用三、四線制連接方式，由于在電路設(shè)計(jì)上采用了高性能的功能模塊結(jié)構(gòu)方式，使整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，安裝調(diào)校簡(jiǎn)單，維護(hù)工作量小。本設(shè)計(jì)采用三線制連接方式。接線端子：圖3-3 熱電阻變送器接線端子圖由于熱電阻變送器提供的是15

40、V電壓，而ADC0809所需要的是05V電壓，所以還需要加個(gè)減法電路即差值運(yùn)算放大器來實(shí)現(xiàn)15V到05V的電壓轉(zhuǎn)換。圖3-4是一個(gè)集成放大器組成的基本差值運(yùn)算電路，它的同向輸入端和反向輸入端都接有輸入信號(hào)，理想情況下，Ii=0,U-=U+,于是可以列出I1=I2（UI1-U-）/R1=(UUo)/R2U+=UI2*R4/(R3+R4)解得Uo=UI2*R4/(R3+R4)*（R1+R2）/R1-UI1*R2/R1 (3-4)當(dāng)外電路電阻滿足平衡對(duì)稱條件時(shí)R1=R3,R2=R4時(shí)，式（3-4）可寫成Uo=-R2/R1*(UI1-UI2) (3-5)圖3-4差值運(yùn)算放大器式3-5表明輸出電壓與兩個(gè)

41、輸入電壓的差值UId=UI1-UI2成正比，電路實(shí)現(xiàn)了差值運(yùn)算。差值運(yùn)算防大器也成為差動(dòng)運(yùn)算放大器。UId稱為差模信號(hào)，At=Uo/UId=-R2/R1稱為電路的差模放大倍數(shù)。當(dāng)輸入電壓UI1=UI2時(shí)，輸出電壓Uo=0，把UIc=（UI1+UI2）/2稱為共模信號(hào)，可見電路對(duì)功模信號(hào)無放大作用，共模放大倍數(shù)為零。熱電阻變送器與差值運(yùn)算放大器的連接時(shí)，6號(hào)引腳接地，5號(hào)引腳接UI2,UI1接+1V電壓。第四章 顯示系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)及鍵盤控制4.1顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 顯示系統(tǒng)是單片機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分，主要用于顯示各種參數(shù)的值，以便使現(xiàn)場(chǎng)工作人員能夠及時(shí)掌握生產(chǎn)過程。 工業(yè)控制系統(tǒng)中常用的顯示器件

42、有CRT、LED、LCD等。CRT不僅可以進(jìn)行字符顯示，而且可以進(jìn)行畫面顯示，和計(jì)算機(jī)配合使用，可十分方便地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的管理和監(jiān)視。但由于CRT體積大，價(jià)格昂貴，所以只適用于大型微機(jī)控制系統(tǒng)。在中小型的控制過程中，為了使工作人員能夠在現(xiàn)場(chǎng)直接看到生產(chǎn)情況和報(bào)警信號(hào)，經(jīng)常選用LED和LCD作為顯示器件。LED和LCD都具有體積小，功耗低，響應(yīng)速度快，易于匹配，可靠性高和壽命高等優(yōu)點(diǎn)。LCD是一種功耗極低的顯示元件，在儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中的使用較多，而LED成本低廉，培植靈活，多用于單片機(jī)控制系統(tǒng)中，所以選用LED顯示。4.1.1 LED顯示器件的工作原理LED是一種電流發(fā)光器件它既可以工作在

43、恒定電流狀態(tài)，又可以工作在脈沖電流狀態(tài)。在平均電流相同的情況下，脈沖工作狀態(tài)可產(chǎn)生比直流工作狀態(tài)較強(qiáng)的亮度，一般每秒鐘可導(dǎo)通100500次，每次為幾個(gè)毫秒：LED有單個(gè)發(fā)光二極管、七段(或八段)LED顯示器和LED點(diǎn)陣顯示器等類型。發(fā)光顏色有紅、綠、黃等。LLD顯示器每段正常發(fā)光需直流電流1020mA，發(fā)光二極管發(fā)光時(shí)其正向?qū)▔航禐?.7v左右。 七段LED顯示器是由7個(gè)LED按定的圖形排列組成，如圖4-1(a)所示，七段LED顯示器的各個(gè)二極管分別稱為a、b、c、d、e、f、g段，有些七段顯示器增加一個(gè)dp段表示小數(shù)點(diǎn)，也稱為八段LED顯示器。七段LED顯示器有兩種結(jié)構(gòu)：共陰極七段LED顯

44、示器和共陽極七段LED顯示器，如圖4-1(b)、(c)所示。所有二極管的陰極接在一起的稱為共陰極七段LED顯示器；所有二極管的陽極接在一起的稱為共陽極七段LLD顯示器。共陽極七段LED顯示器工作時(shí)，二極管的公共陽極接向電平“1”各段的陰極接與共陽七段碼相對(duì)應(yīng)的電平。共陰極七段LED顯示器工作時(shí)，其公共極接到低電平，各段的陽級(jí)接與共陰七段碼相對(duì)應(yīng)的電平。在實(shí)際應(yīng)用中，除公共極外，其他各極應(yīng)串接一個(gè)電阻后再接到相應(yīng)電平。電阻的作用是限制流過LED中的電流以 （a） (b) (c)圖4-1七段LED顯示器的結(jié)構(gòu)原理（a）典型的七段LED器件（b）共陽極LED顯示器（c）共陰極LED顯示器保證在發(fā)光時(shí)

45、二極管不因電流過大而被燒壞。將數(shù)碼管的引腳和單片機(jī)的數(shù)據(jù)輸出口相連，控制輸出的數(shù)據(jù)可以使數(shù)碼管顯示不同的數(shù)字和字符，通常稱控制發(fā)光二極管的8位字節(jié)數(shù)據(jù)為段選碼。7段LED段選碼如表4-1所示?？梢钥闯觯碴枠O和共陰極的段選碼互為補(bǔ)數(shù)。表4-1 7段LED段選碼4.1.2 LED顯示電路設(shè)計(jì)LED的顯示份靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式在靜態(tài)顯示方式下，N塊顯示器件都處于選通狀態(tài)；每一塊顯示器件的段選線和一個(gè)8位的并行口相連，只要控制顯示位的段選碼，就可顯示出相應(yīng)的字幅。由于顯示器件由不同的I/O控制，所以靜態(tài)顯示方式中的每一位都可以獨(dú)立顯示，在同一時(shí)刻每一位顯示的字符可以各不相同。LED動(dòng)態(tài)顯示就是

46、將所有顯示位的段選線并聯(lián)在一起，有一個(gè)8位I/O口控制，而位選線則有其他的I/O口控制，通過程序控制，不斷循環(huán)輸出相應(yīng)的段選碼和位選碼，由于人的視覺暫留效應(yīng)，就可以獲得視覺穩(wěn)定的顯示狀態(tài)。本設(shè)計(jì)選用的是串行口動(dòng)態(tài)掃描顯示，其電路圖如4-2所示。圖4-2 串行動(dòng)態(tài)LED掃描電路圖4-2是電原理圖，采用MCS-8051單片機(jī)，同時(shí)用廉價(jià)易得的74LS164和74LS138作為擴(kuò)展芯片。74LS164是一個(gè)8位串入并出的移位寄存器，其此處的功能是將C2051串行通信口輸出的串行數(shù)據(jù)譯碼并在其并口線上輸出，從而驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管。74LS138是一個(gè)3-8譯碼器，它將單片機(jī)輸出的地址信號(hào)譯碼后動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)相

47、應(yīng)的LED。但74LS138電流驅(qū)動(dòng)能力較小，為此，使用了未級(jí)驅(qū)動(dòng)三極管2SA1015作為地址驅(qū)動(dòng)。4.2報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)報(bào)警處理程序一般都需要根據(jù)系統(tǒng)的要求編寫，如有的報(bào)警系統(tǒng)要求能夠發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)、記錄報(bào)警時(shí)間參數(shù)或進(jìn)行自動(dòng)處理等。雖然不同的系統(tǒng)的報(bào)警處理程序是不一樣的，但報(bào)警程序的設(shè)計(jì)基本思想是相同的。報(bào)警程序主要有以下幾個(gè)步驟組成：（1） 采樣被測(cè)參數(shù)。（2） 比較采樣值和給定的上下限。（3） 根據(jù)比較結(jié)果執(zhí)行相應(yīng)的處理程序。 報(bào)警系統(tǒng)的電路圖如圖4-3所示。 圖4-3報(bào)警系統(tǒng)的電路圖 圖4-4 報(bào)警程序流程圖報(bào)警處理程序，只有采樣值連續(xù)3次異常時(shí)，系統(tǒng)才進(jìn)行報(bào)經(jīng)處理。報(bào)警程序的設(shè)計(jì)思

48、想是預(yù)設(shè)允許的連續(xù)異常的次數(shù)N，將采樣值和預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值進(jìn)行比較，如果發(fā)現(xiàn)采樣值超過報(bào)警值，則判斷上一次采樣值 是否正常。如果正常，則重置允許的連續(xù)不正常的次數(shù)N，并設(shè)置本次采樣不正常標(biāo)志，然后繼續(xù)采樣。如果上一次采樣值不正常，則判斷是否連續(xù)N次采樣異常，不是則設(shè)置本次采樣不正常標(biāo)識(shí)以及計(jì)算允許的連續(xù)異常次數(shù)，然后繼續(xù)采樣；否則發(fā)出執(zhí)行報(bào)警處理程序。設(shè)上限報(bào)警值存放在Amax單元，下限報(bào)警值存放在Amin單元，采樣值存放在SAMP單元，允許的連續(xù)異常次數(shù)存放在NUM單元。FLAG為上次采樣異常標(biāo)志位，F(xiàn)LAG=0,上次采樣正常；FLAG=1,上次采樣異常。報(bào)警程序流程框圖4-4所示。 報(bào)警是

49、微機(jī)控制系統(tǒng)的一項(xiàng)重要功能，主要用于保證生產(chǎn)過程的正常運(yùn)行和操作者的生命安全。在生產(chǎn)過程中控制系統(tǒng)隨時(shí)檢測(cè)被控對(duì)象的一些重要參數(shù)，當(dāng)超出允許范圍是，控制系統(tǒng)便會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，引起操作者的注意以便采取相應(yīng)的措施。智能型的報(bào)警系統(tǒng)不僅能夠發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，甚至可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單故障的自動(dòng)處理。4.3 鍵盤控制的設(shè)計(jì) 鍵盤按結(jié)構(gòu)的不同可分為獨(dú)立式按鍵和行列式鍵盤兩類，每類按譯碼方式的不同又分為編碼式和非編碼式兩種。單片機(jī)中一般使用的都是用軟件來識(shí)別和產(chǎn)生鍵代碼的非編碼鍵盤。 行列式鍵盤的編碼方式由靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。靜態(tài)接口主要由一個(gè)行編碼器和一個(gè)列編碼器構(gòu)成；動(dòng)態(tài)接口可采用計(jì)數(shù)器、譯碼器和數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)成

50、。這兩種鍵盤由硬件完成鍵的編碼任務(wù)。 一般在小型儀器儀表和控制系統(tǒng)中，使用較多的是行列式和獨(dú)立式的非編碼鍵盤；如果系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)多鍵同時(shí)按下的處理，則用非編碼獨(dú)立方式較為合適。 本設(shè)計(jì)采用獨(dú)立式按鍵方式，主要通過4個(gè)鍵，S1、S2、S3、S4來實(shí)現(xiàn)指定顯示某一電路，當(dāng)S1斷開時(shí)，為巡回檢測(cè)電路，當(dāng)S1閉合時(shí)，指定顯示電路的通道數(shù)與S2、S3、S4的關(guān)系見下表4-2 表4-2鍵對(duì)應(yīng)的通道數(shù) “1”表示鍵閉合“0”表示鍵斷開。第五章 系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)5.1電源系統(tǒng)的組成 僅就單片機(jī)系統(tǒng)(最小系統(tǒng))而言，只需要5v的直流電源，而對(duì)實(shí)際的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)來說，由于需要擴(kuò)展一定的測(cè)控轉(zhuǎn)換通道和與其相應(yīng)的接口電

51、路及外設(shè)，除5v的直流外，還需要其他的直流(如12v等)、交流(50Hz和其他頻率)電源乃至特殊電源(如各種頻率的方波、鋸齒波等)。 如圖5-1所示，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的電源一般是由市電通過變壓、整流、穩(wěn)壓、濾波及AcDc變換、波形變換后提供系統(tǒng)所需的直流、交流和特殊電源，也有從直流供電設(shè)備取得電能后通過DcDc變換、穩(wěn)壓、濾波后提供系統(tǒng)所需電源。因而單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)購(gòu)電源通常包括變壓電路、整流電路(Dc/Dc變換電路)、穩(wěn)壓電路、濾波電路，有些還有DcAC換流電路、特殊波形發(fā)生電路。而本設(shè)計(jì)電源只有交流供電設(shè)備，無特殊電路和交流電路。圖5-1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)電源組成框圖5.2電源設(shè)計(jì)原理電源電壓的

52、設(shè)計(jì)主要是針對(duì)系統(tǒng)要求的不同工作電壓進(jìn)行電源分配。一般有兩種方法，一種是多電源方案，一種是單電源方案。本設(shè)計(jì)采用的是單地緣方案，主要供系統(tǒng)電壓+5V電源。為降低成本，采用“變壓器降壓-整流-濾波-穩(wěn)壓”的線性電源。采用單電源方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單、工作可靠。盡管單片機(jī)系統(tǒng)目前難以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)全部器件采用單一電源。5.3電路 穩(wěn)壓電源是單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的重要組成部分，它不僅為測(cè)控系統(tǒng)提供多路電源電壓，還直接影響到系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和抗干擾性能。近年來，傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源正逐步被高效率的開關(guān)電源所取代。特別是單片開關(guān)電源的迅速推廣應(yīng)用，為設(shè)計(jì)新型、高效、節(jié)能電源創(chuàng)造了良好的條件。 線性集成穩(wěn)壓器分固定式輸出

53、、可調(diào)式輸出兩種類型，又以三端固定或可調(diào)式集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用范圍為最廣。此設(shè)計(jì)中選用的三端固定集成穩(wěn)壓器為78L05，其電路圖如圖5-2所示。圖5-2 系統(tǒng)電源的電路圖此系統(tǒng)中除了提供主系統(tǒng)電源即單片機(jī)電源以外，還需要提供+1V電源，我是按照電阻分壓原理直接在系統(tǒng)電源上分壓得到的。第六章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)6.1 主控模塊的程序設(shè)計(jì)在主模塊中的主要程序是巡回檢測(cè)程序，巡回檢測(cè)程序主要由以下幾個(gè)方面構(gòu)成：1. 采樣周期T的確定 如果對(duì)控制系統(tǒng)的速度要求不高，且計(jì)算機(jī)的工作任務(wù)較少，采樣周期可通過軟件延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)；否則應(yīng)通過擴(kuò)展時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)的。2. 采樣開關(guān)通道號(hào)的控制控制采樣開關(guān)選擇要監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的通道。3

54、. A/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。4. 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件介紹：本程序由系統(tǒng)初始化程序和中斷程序組成。初始化程序完成中斷向量和定時(shí)器初值的設(shè)定；中段程序完成數(shù)據(jù)采樣工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)8個(gè)通道的巡回檢測(cè)。初始化程序功能：設(shè)置定時(shí)器0、外部中斷0、和外部中斷1的中斷程序入口；設(shè)置定時(shí)器0的工作方式為1；定時(shí)時(shí)間為100ms；設(shè)置計(jì)數(shù)單元（30H）初值。初始化程序流程圖如圖6-1所示。圖6-1 初始化程序流程圖定時(shí)器0中斷功能：實(shí)現(xiàn)8秒定時(shí)，通過檢測(cè)技術(shù)單元（30H）的數(shù)據(jù)判斷定時(shí)事件是否到8秒，8秒時(shí)間到，觸發(fā)外部中斷0，執(zhí)行數(shù)據(jù)采樣程序。定時(shí)器中斷程序流程框圖6-2所示。圖6-2 定時(shí)器中斷程序流程框圖數(shù)據(jù)采樣程序功能：巡回檢測(cè)ADC0809通道，控制存放數(shù)據(jù)的地址和采樣次數(shù)。巡回檢測(cè)的方式是先對(duì)8個(gè)通道各采樣一次，然后再采集第二次共采集五次。采樣程序采用中斷方式。在設(shè)置通道初值、通道數(shù)、采樣次數(shù)和存放數(shù)據(jù)的開始地址后，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，隨后檢測(cè)標(biāo)志位狀態(tài)。標(biāo)志位被清零，標(biāo)志著本通道的A/D轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，在修改通道號(hào)和數(shù)據(jù)存放地址后，對(duì)下一通道繼續(xù)檢測(cè)。當(dāng)8個(gè)通道的檢測(cè)工作完成后，判斷5次采樣是否全部完成，若沒完成，則對(duì)8個(gè)通道繼續(xù)采樣，直至完成5次采樣工作