2017畢業(yè)論文-基于CYGNAL單片機(jī)的泵站溫度檢測(cè)系統(tǒng)研制.doc

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1、中南民族大學(xué)工商學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))系部： 電子信息工程系 專業(yè)： 通信工程 年級(jí)： 04 題目:基于CYGNAL單片機(jī)的泵站溫度檢測(cè) 系統(tǒng)研制 學(xué) 生： 學(xué) 號(hào)：04112029 指導(dǎo)教師： 職稱: 講師 2008年01月15日20中南民族大學(xué)工商學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 年 月 日26目 錄摘要1關(guān)鍵詞1Abstract2Key word21 緒論31.1 泵站溫

2、度監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展概述31.1.1我國(guó)泵站監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展31.1.2我國(guó)泵站監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀31.2 單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展31.3 課題的來(lái)源及研究意義32 溫度檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案42.1 系統(tǒng)的總體任務(wù)42.2 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖42.3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控模塊的實(shí)現(xiàn)方案42.4 C8051F040單片機(jī)的選擇52.5 C8051F040單片機(jī)的特點(diǎn)52.6 增加的功能63 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控模塊的實(shí)現(xiàn)73.1 溫度傳感器檢測(cè)電路73.1.1 溫度傳感器的選擇73.1.2 PT100檢測(cè)電路的實(shí)現(xiàn)73.1.3 DS18B20檢測(cè)電路的實(shí)現(xiàn)103.2 顯示電路的設(shè)計(jì)163.3 鍵盤電路的設(shè)計(jì)173.4 電源電路184 系

3、統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)194.1 溫度采樣部分194.2 數(shù)字溫度傳感器DS18B20的工作時(shí)序204.3 鍵盤部分軟件214.4 LED顯示部分軟件235.結(jié)論25參考文獻(xiàn)26基于CYGNAL單片機(jī)的泵站溫度檢測(cè)系統(tǒng)研制摘要：泵站監(jiān)控作為城市防汛的主要設(shè)施，在確保城市安全度訊和保障人們正常的生活、工作秩序方面，起著極其重要的作用。因此，泵站自動(dòng)化程度的增強(qiáng)將被重視，隨著泵站自動(dòng)化程度的增強(qiáng)以及傳感器技術(shù)的發(fā)展，使得泵站溫度監(jiān)控成為可能，本文同時(shí)使用了DS18B20和PT100溫度傳感器技術(shù)，在8位高速單片機(jī)C8051F040上實(shí)現(xiàn)了泵站溫度檢測(cè)系統(tǒng)。本文首先介紹了國(guó)內(nèi)外泵站監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展、單片機(jī)技術(shù)的

4、發(fā)展?fàn)顩r。第二部分提出了泵站溫度檢測(cè)系統(tǒng)的總體方案及高速SOC單片機(jī)C8051F040的選擇。第三部分詳細(xì)的描述了系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)部分的傳感器的選擇及硬件電路。第四部分介紹了系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)。最后，對(duì)所做的一些工作進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)泵站溫度檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：C8051F040；泵站；溫度傳感器；溫度檢測(cè)系統(tǒng)Based On CYGNAL Monolithic Integrated Circuit Pumping Station Temperature Examination System DevelopmentAbstract: Monitoring and control system o

5、f pump station is main facilities, which are used in city flood prevention. The system plays an important role in insuring safety and normal life and job. Therefore enhancement of pumping station automatization will be realized, with enhancement of pumping station automatization, the development of

6、transducer technology, made pumping station temperature monitoring system enable. In this paper, we realize the pumping temperature detection system on 8-bit high speed SOC microcontroller C8051F040 with DS18B20 and PT100 temperature transducer at same time. Firstly, in this paper, we introduce the

7、development of monitoring and control system of pumping station, microcontroller technology both here and abroad. The second part of this paper brings up the whole scheme of this pumping station temperature detection system and choice of high speed SOC microcontroller C8051F040. The third part of th

8、is paper describes the hardware circuit of field detection part and choice of transducer in detail. The fourthly part of this paper introduces software implementation of this system. At the end of this paper, we summarize all the work which has done; Whats more, do some expectation the technology ab

9、out pumping station temperature detection system.Key words:C8051F040;PumpStation;TemperatureTransducer;Temperature Detection System 1 緒論 1.1 泵站溫度監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展概述1. 1.1 我國(guó)泵站監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展泵站建設(shè)在我國(guó)已有近40多年的歷史，其功能日趨完善，在灌溉、排澇、航運(yùn)補(bǔ)水和市政供水等方面起著非常重要的作用，我國(guó)泵站監(jiān)控自動(dòng)化技術(shù)是隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步而逐漸發(fā)展起來(lái)的，以90年代為界，劃分為兩個(gè)階段，在90年代以前中國(guó)多次嘗試把計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)

10、監(jiān)控技術(shù)運(yùn)用到泵站監(jiān)控系統(tǒng)中，但是由于技術(shù)等各方面的原因，沒(méi)有取得很大的發(fā)展，在90年代以后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展和普及，監(jiān)控裝置在泵站得到了較快的發(fā)展和運(yùn)用。1.1.2 我國(guó)泵站監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀目前全國(guó)已建成大中型灌區(qū)5600多處，固定排灌泵站50多萬(wàn)處，國(guó)內(nèi)中小型泵站水泵機(jī)組的起動(dòng)、運(yùn)行和停車，大多靠人工手動(dòng)操作來(lái)完成，站內(nèi)值班人員一般需6-9人。這種現(xiàn)狀不僅工作強(qiáng)度大，而且工作效率不高。在國(guó)內(nèi)近年來(lái)興建的大型泵站中，大都設(shè)置了微機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，但還是有許多泵站還不能實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行過(guò)程的計(jì)算機(jī)控制，國(guó)內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)主要存在以下不足：（1）監(jiān)控系統(tǒng)開放性不是很徹底，主要表現(xiàn)在：和不同廠家硬件設(shè)備接口

11、功能差；二是數(shù)據(jù)及功能模塊接口功能差。（2）故障診斷技術(shù)不是非常成熟。監(jiān)控系統(tǒng)與故障診斷技術(shù)有著不可分割的關(guān)系，在泵站監(jiān)控過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)泵站運(yùn)行的常見故障系統(tǒng)能夠自動(dòng)調(diào)整用已存儲(chǔ)的故障模式，判斷故障類型給出處理措施，及時(shí)排除故障，并對(duì)故障記憶，進(jìn)行自學(xué)習(xí)，這將減少停機(jī)次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。早期的監(jiān)控系統(tǒng)由于當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)規(guī)模較小，自控儀表尚處于發(fā)展的初級(jí)階段，所采用的僅僅是安裝在生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)，只具備簡(jiǎn)單測(cè)控功能的基地式儀表，其信號(hào)僅在本儀表內(nèi)起作用，一般不能送到別的儀表或系統(tǒng)，無(wú)法與外界溝通信息，操作人員只能通過(guò)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的巡視，了解生產(chǎn)過(guò)程的狀況。而泵站監(jiān)控現(xiàn)在作為城市防汛的主要設(shè)施，在確保城市安

12、全度訊和保障人們正常的生活、工作秩序方面，起著極其重要的作用。1.2 單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展在科技廣泛發(fā)展的今天，計(jì)算機(jī)的發(fā)展已經(jīng)越來(lái)越快，它的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛。而單片機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用是其中的重要一方面。單片機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)和民用家電各方面有廣泛的應(yīng)用。其中，單片機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用尤其廣泛。單片機(jī)具有集成度高，處理能力強(qiáng)，可靠性高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用。溫度控制系統(tǒng)就是通過(guò)單片機(jī)的控制，使溫度再設(shè)定的范圍內(nèi)。因此，在本次論文的研究中我采用了C8051F040單片機(jī)來(lái)控制泵站溫度的檢測(cè)。溫度控制的發(fā)展及意義：現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)、工程建設(shè)及日常生活中常常需要用到溫度控制，早期溫度控制主要

13、應(yīng)用于工廠中。而現(xiàn)代社會(huì)中，溫度控制不僅應(yīng)用在工廠生產(chǎn)方面，其作用也體現(xiàn)到了各個(gè)方面，隨著人們生活質(zhì)量的提高，城市防汛、酒店廠房、家庭生活中都會(huì)見到溫度控制的影子，溫度控制將更好地服務(wù)于社會(huì)。1.3 課題的來(lái)源及研究意義本課題是湖北省教育廳給定項(xiàng)目基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的大中型電排站機(jī)組群監(jiān)控系統(tǒng)的研制中一部分。目前大部分泵站監(jiān)控系統(tǒng)中溫度監(jiān)控部分還是使用鉑電阻溫度傳感器PT100來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)，其某些重要點(diǎn)的檢測(cè)精度不是很高，系統(tǒng)的安裝線路不是很簡(jiǎn)化。因此，這里我們采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20和模擬溫度傳感器相結(jié)合可以很好的解決點(diǎn)數(shù)和精度問(wèn)題。采用C8051F040單片機(jī)來(lái)控制泵站溫度的檢測(cè)，

14、以提高其溫度檢測(cè)的自動(dòng)化程度。2 溫度檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案2.1 系統(tǒng)的總體任務(wù)本文主要完成的任務(wù)有：1.在溫度信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)中同時(shí)使用兩種檢測(cè)，處理電路，一種是針對(duì)鉑電阻溫度傳感器PT100，另一種是針對(duì)一線數(shù)字式溫度傳感器DS18B20。2.在監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)采用LED以定義/巡檢方式顯示各檢測(cè)點(diǎn)溫度變化情況，并通過(guò)鍵盤輸入顯示的方式顯示通道數(shù)。3.為了實(shí)現(xiàn)泵站溫度的檢測(cè)，這里采用8位的C8051F040單片機(jī)進(jìn)行溫度檢測(cè)，將檢測(cè)的各點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)通過(guò)鍵盤輸入在LED動(dòng)態(tài)掃描電路中顯示出來(lái)。2.2 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能是通過(guò)模擬溫度傳感器PT100和數(shù)字溫度傳感器DS18B20檢測(cè)泵站每臺(tái)

15、機(jī)組定子溫度、轉(zhuǎn)子溫度、上油溫、上推力瓦溫、上平瓦、下油溫、下推力瓦和下平瓦，再有LED將這些溫度顯示出來(lái)，并能通過(guò)鍵盤設(shè)置機(jī)組故障極限值。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)要檢測(cè)的量比較多，因此系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖使用了8臺(tái)機(jī)組來(lái)對(duì)各量來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。其整體結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示：PC機(jī)PIC-CAN卡 1#機(jī)組CAN接口C8051F040 CAN控制器DS18B20溫度傳感器PT100溫度傳感器 8#機(jī)組 CAN接口DS18B20溫度傳感器PT100溫度傳感器C8051F040 CAN控制器LED顯示電路鍵盤電路LED顯示電路鍵盤電路 CAN BUS溫度檢測(cè)主CPU -圖2-1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖2.3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控模塊的實(shí)現(xiàn)方

16、案現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控部分是溫度監(jiān)控系統(tǒng)中的最底層部分，主要完成現(xiàn)場(chǎng)溫度數(shù)據(jù)的檢測(cè)，以及現(xiàn)場(chǎng)溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示和變化過(guò)程的顯示。在設(shè)計(jì)和完成該部分功能時(shí)，必須把現(xiàn)場(chǎng)情況聯(lián)系起來(lái)考慮。本課題是對(duì)泵站溫度檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)和改造，只保留了一小部分安裝好的溫度傳感器PT100，其他還需要重新設(shè)計(jì)。另外，由于PT100實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)存在檢測(cè)點(diǎn)數(shù)和精度問(wèn)題，使用了數(shù)字溫度傳感器，所以在溫度信號(hào)檢測(cè)時(shí)，就需要兩套電路，而且是在同一個(gè)系統(tǒng)里存在。在泵站溫度檢測(cè)中，具體的對(duì)象是每一臺(tái)機(jī)組中的檢測(cè)點(diǎn)，這些檢測(cè)點(diǎn)包括：電機(jī)的定子溫度、轉(zhuǎn)子溫度、上油溫、上推力瓦溫、上平瓦、下油溫、下推力瓦溫和下平瓦。基本上每臺(tái)機(jī)組的檢測(cè)點(diǎn)數(shù)在8個(gè)左

17、右，設(shè)計(jì)時(shí)考慮到整個(gè)系統(tǒng)有較大的容量，我們?cè)O(shè)計(jì)總數(shù)為32點(diǎn)，其中PT100為8點(diǎn)。CAN節(jié)點(diǎn)電路鍵盤電路LED顯示電路C8051F040控制器 PT100檢測(cè)電路DS18B20檢測(cè)電路 圖2-2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控部分結(jié)構(gòu)框圖除了現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)控以外，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)顯示也是檢測(cè)系統(tǒng)中一個(gè)比較重要的組成部分，這里采用LED顯示。另外，還有鍵盤電路和其他輔助電路?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)控部分結(jié)構(gòu)框圖如圖2.2所示。2.4 C8051F040單片機(jī)的選擇Silicon Laboratories公司出品的C8051Fxxx單片機(jī)是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片（SOC），具有與MCS-51完全兼容的指令內(nèi)核。該系列單片機(jī)采用流水線處理（p

18、ipe line）技術(shù)，不再區(qū)分時(shí)鐘周期和機(jī)器周期，能在執(zhí)行指令期間預(yù)處理下一條指令，提高了指令的執(zhí)行效率。而且大部分C8051F單片機(jī)具有控制系統(tǒng)所需要的模擬和數(shù)字外設(shè)，包括看門狗、ADC、DAC電壓比較器、電壓基準(zhǔn)輸出、定時(shí)器、PWM、定時(shí)器捕捉和方法輸出等，并且具備多種總線接口，包括UART、SPT、SMBUS總線以及CAN總線，C8051F系列單片機(jī)諸多特點(diǎn)和優(yōu)越性，成為很多測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首選機(jī)型128。C8051F040是C8051F04X系列單片機(jī)中的一種，它是完全集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)型MCU，具有64個(gè)數(shù)字I/0引腳，片片集成了一個(gè)CAN2.0B控制器，具有與8051兼容的微控

19、器內(nèi)核，與MCS-51指令集完全兼容，除了具有標(biāo)準(zhǔn)8052的數(shù)字外設(shè)部件之外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其它數(shù)字外設(shè)及功能部件。2.5 C8051F040單片機(jī)的特點(diǎn)（1）高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的CIP-51內(nèi)核（可達(dá)25MIPS）（2）控制器局域網(wǎng)（CAN2.0B）控制器，具有32個(gè)消息對(duì)象，每個(gè)消息對(duì)象有自己的標(biāo)識(shí)（3）全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口（片內(nèi)）（4）真正12位、100kps的ADC，帶PGA和8通道模擬多路開關(guān)（5）允許高電壓差分放大器輸入到12/10倍ADC（60v峰-峰值），增益可編程（6）真正8位500kps的ADC，帶PGA和8通道模擬多

20、路開關(guān)（7）兩個(gè)12位DAC，具有可編程數(shù)據(jù)更新方式（8）64KB可在系統(tǒng)編程FLASH存儲(chǔ)器（9）4352（4K+256）字節(jié)的片內(nèi)RAM（10）可尋址64KB地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口（11）硬件實(shí)現(xiàn)的SPI、SMBUS/12C和兩個(gè)UART串行接口（12）5個(gè)通用的16位定時(shí)器（13）具有6個(gè)捕捉/比較模塊的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列（14）片內(nèi)看門狗定時(shí)器、VDD監(jiān)視器和溫度傳感器具有片內(nèi)VDD監(jiān)視器、看門狗定時(shí)器和時(shí)鐘振蕩器的C8051F040MCU是真正能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)。所有模擬和數(shù)字外設(shè)均可由用戶固件使能/禁止和配置。FLASH存儲(chǔ)器還具有系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)

21、存儲(chǔ)并允許現(xiàn)場(chǎng)更新8051固件。每個(gè)MCU都可在工業(yè)溫度范圍（-45到+85）工作，工作電壓為2.73.6V。端口I/O、/RST和JTAG 引腳都容許5V 的輸入信號(hào)電壓。C8051F040內(nèi)含一個(gè)可編程內(nèi)部晶振和一個(gè)外部晶振驅(qū)動(dòng)電路，MCU共有5種起振方式，我們采用外部石英晶振。其旁路電容一般取值為2030pF，晶振頻率取20MHZ。其外部石英晶振如圖2.3所示：20PF + XTAL1 20MHZ20PF + XTAL2GND圖2-3 外部石英晶振圖2.6 增加的功能C8051F04X系列MCU對(duì)CIP-51內(nèi)設(shè)和外設(shè)有幾項(xiàng)關(guān)鍵的改進(jìn)，提高了整體性能，更易于在最終應(yīng)用中使用。擴(kuò)展的中斷系

22、統(tǒng)向CIP-51提供20個(gè)中斷（標(biāo)準(zhǔn)8051只有5個(gè)中斷源），允許大量的模擬和數(shù)字外設(shè)中斷微控制器。一個(gè)中斷驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)需要較少的MCU干預(yù)，因而有更高的執(zhí)行效率。在設(shè)計(jì)一個(gè)多任務(wù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)時(shí)，這些增加的中斷源是非常有用的。MCU可有多達(dá)7個(gè)復(fù)位源：一個(gè)片內(nèi)VDD監(jiān)控器、一個(gè)看門狗定時(shí)器、一個(gè)時(shí)鐘丟失檢測(cè)器、一個(gè)由比較器0提供的電壓檢測(cè)器、一個(gè)軟件強(qiáng)制復(fù)位、CNVSTR0輸入引腳及/RST引腳。RST引腳是雙向的，可接受外部復(fù)位或?qū)?nèi)部產(chǎn)生的上電復(fù)位信號(hào)輸出到RST引腳。除了VDD監(jiān)視器和復(fù)位輸入引腳以外，每個(gè)復(fù)位源可以由用戶用軟件禁止；使用MONEN引腳使能禁止VDD監(jiān)視器。在一次上電復(fù)位之后的

23、MCU初始化期間，可以用軟件將WDT永久性使能。MCU內(nèi)部有一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的時(shí)鐘發(fā)生器，在復(fù)位后被默認(rèn)為系統(tǒng)時(shí)鐘。如果需要，時(shí)鐘源可以在運(yùn)行時(shí)切換到外部振蕩器，外部振蕩器可以使用晶體、陶瓷諧振器、電容、RC或外部始終源產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘。時(shí)鐘切換功能在低功耗系統(tǒng)中是非常有用的，它允許MCU從一個(gè)低頻率（節(jié)電）外部晶體源運(yùn)行，當(dāng)需要時(shí)再周期性的切換到高速內(nèi)部振蕩器（可達(dá)25MHZ）。3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控模塊的實(shí)現(xiàn)3.1 溫度傳感器檢測(cè)電路在本課題的溫度監(jiān)控系統(tǒng)中，為了滿足泵站系統(tǒng)改造的需要，采用了如下的方案：為了減少改造的工作量，保留部分檢測(cè)點(diǎn)原有的鉑電阻溫度傳感器PT100；為了提高某些重要點(diǎn)的檢測(cè)精度、簡(jiǎn)化

24、系統(tǒng)的安裝線路，新增了一些數(shù)字溫度傳感器DS18B20。3.1.1 溫度傳感器的選擇在監(jiān)控系統(tǒng)中，檢測(cè)對(duì)象變化一般過(guò)程為傳感器和檢測(cè)電路提取被測(cè)對(duì)象特征信號(hào)，再由信號(hào)調(diào)整電路對(duì)特征信號(hào)相應(yīng)處理，然后由A/D轉(zhuǎn)換器將這些信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，最后輸入控制器進(jìn)行處理。這一過(guò)程中，除了要求處理電路和軟件正確外，對(duì)傳感器也有一定的要求，它對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)精度有很大的關(guān)系。溫度監(jiān)控系統(tǒng)中，使用的溫度傳感器通常有熱電阻、鉑電阻、半導(dǎo)體PN結(jié)（如AD590）之類的模擬傳感器，經(jīng)采樣電路、放大電路和模擬轉(zhuǎn)換電路處理，獲得表示溫度值的數(shù)字信號(hào)，再交給微處理器或DSP處理。被測(cè)對(duì)象的溫度信號(hào)從敏感元件接收的非電模擬量開始，

25、到轉(zhuǎn)換為微處理器可處理的數(shù)字信號(hào)之間，設(shè)計(jì)需要考慮的線路環(huán)節(jié)較多，相應(yīng)測(cè)溫裝置中元器件數(shù)量難以下降，隨之影響產(chǎn)品的高可靠性及體積微縮性，并且模擬信號(hào)在長(zhǎng)距離傳輸過(guò)程中抗電磁干擾是令人傷腦筋的問(wèn)題。若采用具有直接數(shù)字量輸出的傳感器就能避免上述問(wèn)題。因此，人們?cè)絹?lái)越重視數(shù)字式傳感器技術(shù)的發(fā)展。所謂數(shù)字式傳感器，是指能把被測(cè)量直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的傳感器。數(shù)字式傳感器具有下列特點(diǎn)：具有高的測(cè)量精度和分辨率；抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好；信號(hào)易干處理、傳送和自動(dòng)控制；便于動(dòng)態(tài)及多路測(cè)量；安裝方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，工作可靠性高。模擬溫度傳感器在溫度監(jiān)控中存在著不足之處，但這并不表示不再使用它，是因?yàn)樗灿幸欢ǖ膬?yōu)勢(shì)；模

26、擬溫度傳感器測(cè)溫范圍大，價(jià)格相對(duì)便宜，適合一些精度要求不是很高、測(cè)量對(duì)象溫度較高的場(chǎng)所。而數(shù)字溫度傳感器有很多優(yōu)點(diǎn)，但它也有不足的地方，比如：測(cè)量范圍小（一般在-55125）等。所以，在選擇溫度傳感器的時(shí)候要根據(jù)具體需要進(jìn)行有目的的選擇。3.1.2 PT100檢測(cè)電路的實(shí)現(xiàn)PT100適用于測(cè)量-78到+600之間的溫度，它的阻值隨著溫度的變化成線性變化，大約是每攝氏度0.4，在0時(shí)其阻值為100，PT100溫度傳感器阻值計(jì)算可用電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEC751的方程式：（1）在-78到0的溫度范圍內(nèi)有：Rt=1001+3.9080210-3t0.580210-6t2-4.2735010-12（t-1

27、00）t3（2）在0到+600的溫度范圍內(nèi)有：Rt=100（1+3.9080210-3t0.580210-6t2）其中Rt是溫度t的阻值（單位：），t是溫度（單位：）。 +5V 2LM334 1 0.068K 3 0.68K IN4148 I=2mA 圖3-1 恒流源電路圖在泵站系統(tǒng)中，測(cè)量對(duì)象與測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)存在一定的距離，如果提取電流信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，線路中的壓降將對(duì)系統(tǒng)的測(cè)量精度帶來(lái)很大的影響，如果采用電壓信號(hào)則可以較好的避免此影響。在PT100一端加入一恒流源。其恒流源電路如圖3.1所示。然后，在這端提取電壓信號(hào)，而另一端采用四線接法。其點(diǎn)：支持多種形式的溫度測(cè)量。作為溫度測(cè)量的方法，除了取得電

28、阻值/溫度值以外，還配置了平均化處理，報(bào)警輸出等各種各樣的機(jī)能，以適應(yīng)不同用途的應(yīng)用需求。另外，白金測(cè)溫電阻可以使用3線導(dǎo)線式或4線導(dǎo)線式。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，恒流源電路輸出的電流為2mA，那么PT100一端提取的電壓范圍是0.20.29212V，在進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器的輸入值對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行調(diào)整。這里使用A/D轉(zhuǎn)換器是C8051F040單片機(jī)內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器，其最大輸入電壓為VREF（參考電壓），由于系統(tǒng)中VREF使用內(nèi)部參考電壓2.45V，所以，需要將采樣得到電壓值進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚聿拍芩徒o內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器。四級(jí)運(yùn)算放大器LM324的電路特點(diǎn)：（1）有短路保護(hù)的輸出端（2）真正差分輸入端（3）單電源工

29、作：332V（4）低輸入偏流：100nA（最大）（5）內(nèi)含四個(gè)放大器（6）內(nèi)部沒(méi)有補(bǔ)償電路（7）共模范圍可擴(kuò)展到負(fù)電源電壓這里使用的信號(hào)調(diào)整電路為多級(jí)放大方式，前一級(jí)為儀用放大電路，后一級(jí)為差動(dòng)放大電路，采用此電路能消除外部干擾信號(hào)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾，調(diào)整電路如圖3.2所示。以下對(duì)圖中兩極放大電路進(jìn)行詳細(xì)分析：從PT100提出的電壓信號(hào)Ui（約0.20.3V），另一端接地處電壓信號(hào)Gi，當(dāng)R4=R6，R3=R9=R7=R8時(shí)，根據(jù)運(yùn)放的理想特性可得U1、U2、U3的輸出電壓分別為：U1= （3-1）U2= （3-2）圖3-2 A/D轉(zhuǎn)換調(diào)整電路U3=（1+）（Ui-Gi） （3-3）由此可得，第

30、一放大級(jí)的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：A1=1+ （3-4）R4固定，只要改變R5的阻值，即可調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。對(duì)第二放大級(jí)而言，如果R10=R12，R11=R13，則： ANO= （3-5）其中VV為外加基準(zhǔn)電壓源，這樣可以提高測(cè)量的靈敏度，基準(zhǔn)電壓電路如圖3.3所示，使用LM336-2.5V，在此電路中其實(shí)際輸出電壓為2.47V。為了提高測(cè)量精度，測(cè)量放大器必須具有很高的共模抑制比，要求電阻元件的精密度很高，輸入端的進(jìn)線還要用膠合線以抑制干擾信號(hào)的竄入。 圖3-3 基準(zhǔn)電壓電路3.1.3 DS18B20檢測(cè)電路的實(shí)現(xiàn)美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線

31、總線”接口的溫度傳感器，“一線總線”接口芯片獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)，使用戶可轉(zhuǎn)松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。DS18B20“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器的測(cè)量溫度范圍為-55+125，在-10到+85范圍內(nèi)，精度為+0.5或-0.5，現(xiàn)場(chǎng)溫度直線以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性能。適合在惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行溫度測(cè)量，可應(yīng)用環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品中。與前一代產(chǎn)品不同，DALLAS半導(dǎo)體公司的新產(chǎn)品DS18B20支持35.5伏的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便，比先一代產(chǎn)品更便宜，體積小。DS18B20可以由設(shè)定912位分辨率，精度為+0.5或-0

32、.5，可選更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。DS18B20的分辨率及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM中，掉電后仍保存。DS18B20的基本特性：(1) 獨(dú)特的單線式接口方式：BS18B20與微處理器連接時(shí)僅需要一條線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊(2) 在使用中不需要任何外圍元件(3) 可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：+3.0+5.5伏(4) 測(cè)溫范圍：-55+125，在-10+85時(shí)，精度為+0.5或-0.5，固有測(cè)溫分辨率為0.5(5) 通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)912位數(shù)字讀數(shù)方式，可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625(6) 用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限植(7)

33、 多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫(8) 多壓特性：電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作(9) 12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)化為數(shù)字(10) 溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間由DS18的2s降為750ms，而且靈敏度大為提高，在逐漸升溫的水中與精度為+0.5或-0.5的溫度計(jì)幾乎同步，且回復(fù)性很好(11) 每個(gè)芯片唯一編碼，支持聯(lián)網(wǎng)尋址，零功耗等待DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)：存儲(chǔ)器和控制器高速緩存存儲(chǔ)器8位CRC生成器溫度靈敏元件低溫觸發(fā)器高溫觸發(fā)器TH配置存儲(chǔ)器64位ROM和單線接口電源檢測(cè) INTERNAL VDD圖3-4 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20

34、內(nèi)部功能如圖3.4所示：主要由如下4部分組成：(1) 64位ROM(2) 溫度傳感器(3) 非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL(4) 配置寄存器ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被刻上去的，它可以看作是該DS18B20的地址序列號(hào)，每個(gè)DS18B20的64位序列均不同。64位循環(huán)冗余效驗(yàn)碼的特征多項(xiàng)式為CRC=X8+X5+X4+1。ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20的目的。DS18B20中的溫度傳感器完成對(duì)溫度測(cè)量。高底溫報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器均由一個(gè)字節(jié)的EEPROM組成，使用一個(gè)存儲(chǔ)器功能命令可對(duì)TH、TL或配置寄存器寫入。高速閃存（scratchpad）包括2Byte的溫度寄存器，

35、保存了溫度傳感器的數(shù)字輸出。該閃存還提供了對(duì)上限（TH）和下限（TL）超標(biāo)報(bào)警寄存器、配置寄存器（各1Byte）的訪問(wèn)。TH、TL和配置寄存器是非易失性的（EEPROM），系統(tǒng)掉電時(shí)，它們會(huì)保存數(shù)據(jù)。DALLASDS18 B201 2 312 3DS18B20的引腳：（1）其管腳圖如圖所示： GND DQ VDDNC NC NC NC VDD NCDQ GND 1 8 2 7 3 6 （BOTTOM VIEW） 4 5 TO-92 （DS18B20） 圖3.5 DS18B20的SOIC封裝管腳圖 圖3.6 DS18B20的TO92封裝管腳圖 （2）各引腳的功能說(shuō)明如下：DQ：數(shù)據(jù)輸入輸出，漏極

36、開路1線接口，可在寄生電源模式時(shí)提供電源VDD ：可選的電源電壓腳，VDD在寄生電源模式時(shí)必須接地 GND：地DS18B20利用Dallas的單總線控制協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了利用單線控制信號(hào)在總線上進(jìn)行通信。由于所有的設(shè)備通過(guò)漏極開路端（即DS18B20的DQ腳）連在總線上，控制線需要一個(gè)上拉電阻（大約5千歐）。在這一線系統(tǒng)中，微控制器（主控設(shè)備）通過(guò)唯一的64位序列碼識(shí)別和訪問(wèn)總線上的器件。由于每一個(gè)設(shè)備有唯一的編碼，連在一條總線上可被訪問(wèn)的器件數(shù)實(shí)際上是無(wú)限的。DS18B20的另一個(gè)特點(diǎn)是在沒(méi)有外部電源下操作的能力。電源由總線為高電平時(shí)DQ腳上的上拉電阻提供（寄生供電模式），此時(shí)VDD腳接地。另外，

37、DS18B20也可用傳統(tǒng)方式供電，此時(shí)將外部電源連在VDD腳上即可。DS18B20的工作特性：DS18B20的主要技術(shù)參數(shù)如下：輸入通道數(shù)：296通道測(cè)量精度：-10-+85范圍內(nèi)基本測(cè)量精度-0.5或+0.5設(shè)定精度：與顯示值一致，無(wú)相對(duì)誤差顯示：2位LED通道號(hào)顯示4位LED測(cè)量值顯示各通道報(bào)警狀態(tài)指示燈告警方式：4種告警方式2點(diǎn)公用告警繼電器輸出多點(diǎn)控制繼電器輸出（擴(kuò)展功能）傳感器故障繼電器輸出（擴(kuò)展功能）告警輸出接點(diǎn)容量：AC250V、2A（阻性負(fù)載） 電源VO：AC187V242V，耗電量/0VA以下電源V1：DC2028V，耗電量8VA以下工作環(huán)境：溫度050，溫度2090%RH表

38、3-1 DS18B20的推薦工作范圍參數(shù)名稱條件最小值典型值最大值單位供電電壓VDD局部供電3.0-5.5V數(shù)據(jù)計(jì)DQ-0.3-+5.5V邏輯1VIH-2.2-VCC+0.3V邏輯0VIL-0.3-+0.8V表3-2 DS18B20的電氣特性名稱條件最小值 典型值 最大值 單位TERR-10-+85-0.5-55-+125-2-VIH局部供電2.2-5.5VDS18B20的應(yīng)用介紹：DS18B20中的溫度傳感器完成對(duì)溫度的測(cè)量，用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LSB形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。進(jìn)行轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在18B20的兩個(gè)8比特RAM中，二進(jìn)制的前面

39、5位是符號(hào)位，如果測(cè)得溫度大于這5位為0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘以0.625，即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加1再乘以0.0625，即可得到實(shí)際溫度。DS18B20的測(cè)溫原理：DS18B20的測(cè)溫原理如圖3.7所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率隨溫度變化明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱藏著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而完成溫度測(cè)量。預(yù)置計(jì)數(shù)比較器預(yù)置低溫度系數(shù)振蕩器減法計(jì)數(shù)器2減到0減法計(jì)數(shù)器1高溫

40、度系數(shù)振蕩器溫度寄存器減到0斜率累加器 圖3-7 DS18B20內(nèi)部測(cè)溫電路框圖計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量時(shí)，首先將-55所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1溫度寄存器和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。DS18B20的時(shí)序原理圖：圖3-8 初始化時(shí)

41、序圖3-9 寫時(shí)序與讀時(shí)序DS18B20的常用命令：（1）SKIP ROMCCH控制器可以用這一命令同時(shí)訪問(wèn)總線上的所有設(shè)備而不需要送出ROM序列碼信息。例如：發(fā)出SKIP ROM命令后接著送出convert T 44H 命令，控制器可以使總線上的所有DS18B20同時(shí)進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，注意：僅當(dāng)總線上只有一個(gè)從屬設(shè)備時(shí)，SKIP POM 命令后才可跟著READ scratchpadBEH命令。如果總線上有多于一個(gè)的從屬設(shè)備，由于多設(shè)備企圖同時(shí)送出數(shù)據(jù)，將引起數(shù)據(jù)沖突。 （2）SEARCH ROMF0H當(dāng)系統(tǒng)開始上電時(shí)，控制器必須識(shí)別總線上所有從機(jī)的ROM序列，以確定從機(jī)的數(shù)目和它們的類型。每一個(gè)

42、search ROM 命令之后必須返回到事務(wù)序列的初始化。（3）READ ROM33H 這一命令開始一次溫度轉(zhuǎn)換。變換結(jié)束后，數(shù)據(jù)保存在暫存器的2字節(jié)溫度寄存器中，DS18B20回到低功耗空閑狀態(tài)。如果設(shè)備工作在寄生電源模式，則這一命令發(fā)出10us之內(nèi)，在整個(gè)變換期間（tconv）控制器必須在總線上能夠有強(qiáng)的上拉。如果DS18B20由外部電源供電，那么convert T命令之后控制器可以發(fā)出讀時(shí)序。如果溫度變換正在進(jìn)行，那么DS18B20返回“0”；如果已經(jīng)完畢，則返回“1”。在寄生供電模式下，不能使用這一技術(shù)，因?yàn)樵谧儞Q期間總線被抬高。（4）WRITE SCRATCHPAD4EH這一命令使得

43、控制器可以寫3字節(jié)數(shù)據(jù)到DS18B20的暫存器中，第一字節(jié)數(shù)據(jù)寫到TH寄存器（字節(jié)2）第二字節(jié)數(shù)據(jù)寫到TL寄存器（字節(jié)3），第三字節(jié)數(shù)據(jù)寫到配置寄存器（字節(jié)4）。數(shù)據(jù)以最低有效位先發(fā)送。所以3字節(jié)必須在控制器發(fā)出復(fù)位或數(shù)據(jù)可能丟失之前寫完。（5）READ SCRTCHPADBEH這一命令使控制器可以讀暫存器的內(nèi)容，數(shù)據(jù)傳送開始于字節(jié)0的最低位，直到暫存器的第9字節(jié)（字節(jié)8CRC）被讀取。任何時(shí)候，如果只需部分暫存器數(shù)據(jù)，控制器可以使用復(fù)位結(jié)束讀操作。DS18B20的接口電路： +5V +5VMCU P6.0 DS18B20 3.35V 3.3V5V 4. 4.7K1wire BUS GND 圖

44、3-10 寄生電源工作方式DS18B20 +5vMCU P6.0 4.7K 1wire BUS 外接電源+5V 接其他1wire器件圖3-11 外接電源工作方式DS18B20有兩種工作模式，寄生電源工作方式和外部電源工作方式。兩種方式的電路如下圖所示。圖3.10中，DS18B20采用寄生電源方式，其VDD和GND端均接地。圖3.11中DS18B20采用外接電源方式，其VDD端用3V5.5V電源供電。單片機(jī)采用P6.0線和DS18B20通信。DS18B20雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該注意以下幾方面的問(wèn)題：（1）較小的硬件開銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)

45、行補(bǔ)償，由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS18B20進(jìn)行編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。（2）當(dāng)單總線上所掛DS18B20超過(guò)8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要注意。（3）連接DS18B20的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。（4）在DS18B20測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號(hào)，一旦某個(gè)DS18B20接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS18B20時(shí)，將無(wú)返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。測(cè)溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對(duì)線接地線和信號(hào)線，另一組接VCC和地線，屏蔽

46、層在源端單點(diǎn)接地。3.2 顯示電路的設(shè)計(jì)LED數(shù)碼管的顯示方式分為:靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式。每個(gè)數(shù)碼管相同的顯示位都連接在一起,每個(gè)數(shù)碼管的公共端都分別引出組成其動(dòng)態(tài)顯示電路.這里使用的是其LED的動(dòng)態(tài)掃描電路。 圖3.12是LED的動(dòng)態(tài)顯示電路，我們使用了C8051F040的 P1口和P3口，我們通過(guò)一片面74LS273對(duì)地址進(jìn)行鎖存，如果P1口僅用于顯示驅(qū)動(dòng)，而沒(méi)有與其它外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，可省略這個(gè)鎖存器，直接或通過(guò)其他驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)連接LED。地址線我們通過(guò)六個(gè)非門74LS04對(duì)6位LED進(jìn)行分時(shí)選通，這樣在任一時(shí)刻，只有一位LED是點(diǎn)亮的，但只要掃描的頻率足夠高(一般大于25Hz)，

47、由于人眼的視覺(jué)暫留特性，直觀上感覺(jué)卻是連續(xù)點(diǎn)亮的，這就是常說(shuō)的動(dòng)態(tài)掃描電路。在此電路中，74LS273用于驅(qū)動(dòng)LED的8位段碼，8位LED相應(yīng)的ag段連在一起，它們的公共端經(jīng)74LS04反相驅(qū)動(dòng)的輸出端。這樣當(dāng)選通某一位LED時(shí)，相應(yīng)的地址線(74LS04輸出端)輸出的是高電平，所以LED選用共陽(yáng)LED數(shù)碼管。圖3-12 LED的動(dòng)態(tài)顯示電路74LS273是8位D鎖存器，具有20個(gè)管腳的雙列直插式TTL芯片，其管腳圖如圖3.13所示。 圖3-13 74LS273芯片它具有清零端CLR和鎖存控制端/CP，只有當(dāng)/CP端具有低電平有效信號(hào)時(shí)，D0D7輸入端上的信號(hào)才會(huì)被鎖存到74LS273內(nèi)，并在

48、Q0Q7的輸入端上輸出；當(dāng)/CP端為高電平無(wú)效信號(hào)時(shí)，原被鎖存的信號(hào)不會(huì)因輸入端D0D7上信號(hào)的變化而改變。74LS723芯片適合作為輸出接口用。3.3 鍵盤電路的設(shè)計(jì)鍵盤是由若干個(gè)按鍵組成的開關(guān)矩陣，它是最簡(jiǎn)單的單片機(jī)輸入設(shè)備，操作員通過(guò)鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)通信。鍵盤上閉合鍵的識(shí)別由專用硬件實(shí)現(xiàn)，稱為編碼鍵盤，靠軟件實(shí)現(xiàn)的稱為非編碼鍵盤。鍵盤的工作：圖3-14 鍵盤的結(jié)構(gòu)圖鍵盤的結(jié)構(gòu)如圖3.14所示，采用鍵盤動(dòng)態(tài)掃描電路。圖中行線通過(guò)電阻接+5V，當(dāng)鍵盤上沒(méi)有鍵閉合時(shí)，所有的行線P0.4、P0.5和列線P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、斷開，行線P0.4、P0.5都呈高電

49、平。當(dāng)鍵盤上某一個(gè)鍵閉合時(shí)，則該鍵所對(duì)應(yīng)的行線和列線短路。其按鍵均采用掃描方式,其中行線P0.4、P0.5負(fù)責(zé)行位置掃描,而列線P0.0、P0.1、P0.2、P0.3負(fù)責(zé)提供對(duì)列碼的檢測(cè)。3.4 電源電路圖3-15 電壓轉(zhuǎn)換芯片TPS7333由于C8051F040的工作電壓只有2.73.6V。因此，我們?cè)陔娐吩O(shè)計(jì)中還需要一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換芯片TPS7333來(lái)將5V電壓轉(zhuǎn)換為2.7V3.6V之間。其芯片結(jié)構(gòu)如圖3.15所示，它可以將5V電壓轉(zhuǎn)換為3.3V，以滿足C8051F040的正常工作。4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)4.1 溫度采樣部分此部分完成的任務(wù)是PT100數(shù)據(jù)采樣、處理DS18B20信號(hào)、串行通信和C

50、AN總線通信等四部分。因?yàn)闇囟茸兓鄬?duì)比較緩慢，只需在1us內(nèi)能完成一次循環(huán)掃描就可以滿足要求，所以將PT100采樣和DS18B20處理主要放在主程序中處理，而串行通信和CAN通信則有相應(yīng)的中斷程序完成。溫度采樣流程如圖4.1：調(diào)用PT100采樣模塊開始初始化開通某一通道是PT100嗎？T值保存啟動(dòng)串行通信調(diào)用DS18B20處理模塊NO NOYES YES 圖4-1 溫度采樣流程圖主程序?qū)崿F(xiàn)過(guò)程如下：先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，對(duì)一些參數(shù)表定義；接著進(jìn)入死循環(huán)，在循環(huán)程序里選擇通道，判斷通道上的傳感器是PT100還是DS18B20，然后調(diào)用對(duì)應(yīng)模塊進(jìn)行處理，最后保存溫度參數(shù)在表中供通信程序流程。4.2

51、 數(shù)字溫度傳感器DS18B20的工作時(shí)序根據(jù)DS18B20的通信協(xié)議，用主機(jī)控制DS18B20以完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。每一步操作必須嚴(yán)格按照時(shí)序規(guī)定進(jìn)行。DS18B20的工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序。DS18B20的操作總體流程如圖：初始化DS18B20開始讀DS18B20的序列號(hào)檢測(cè)DS18B20存在否？發(fā)送跳過(guò)ROM指令溫度轉(zhuǎn)換I=1，等待初始化DS18B20發(fā)送DS18B20編碼讀取溫度數(shù)據(jù) YES NO圖4-2 DS18B20的操作總體

52、流程圖4.3 鍵盤部分軟件鍵盤掃描程序操作過(guò)程如下：先將某一橫行置為低電平，然后掃描所有縱行看是否有低電平。如果找到則根據(jù)算法（閉合鍵的鍵號(hào)等于為低電平的列號(hào)加上為低電平的行的首鍵號(hào)）計(jì)算其鍵值，返回鍵值；再置下一個(gè)橫行為低電平，如此不停的掃描。在主函數(shù)中判斷其鍵值，做相應(yīng)的操作。開始有鍵閉合嗎？軟件延時(shí)10ms有鍵閉合嗎？確定按鍵位置閉合鍵釋放否？按鍵值- return返回 NO YES NO 圖4-3 鍵輸入程序的流程鍵輸入程序的流程如圖4.3所示。采用顯示子程序作為延時(shí)子程序，在此顯示子程序僅作了延時(shí)程序使用。鍵盤掃描變量為keyscan，不斷掃描鍵盤直到有一鍵按下，最后鍵值存于retu

53、rn中返回鍵值。鍵值是以鍵號(hào)進(jìn)行編碼所得的值。下面是鍵盤掃描的子程序，我們首先把鍵盤驅(qū)動(dòng)線的第一根線D0置高，然后分別再檢測(cè)信號(hào)線K0-K3是否有高電平的信號(hào)，如果有信號(hào)，那么就證明這根信號(hào)線與D0相交處的按鍵被按下了。單片機(jī)讀入這個(gè)按鍵值。如果所有2根信號(hào)線都無(wú)信號(hào)。那么，我們把D0置低，把D1置高，再一次檢測(cè)信號(hào)線有無(wú)信號(hào)。由于鍵盤掃描速度很快，而人按鍵總會(huì)保持一定的時(shí)間，因此，只要單片機(jī)處于等待輸入的狀態(tài)，這個(gè)鍵盤掃描程序基本上不會(huì)錯(cuò)過(guò)任何一個(gè)按鍵信號(hào)。Unsigned char keyscan() PinDrvkey1=TRUE; If(PinScanKey1=TRUE) Return=1; If(PinScanKey2=TRUE) Return=5;If(PinScanKey3=TRUE) Return=9;If(PinScanKey4=TRUE) Return=13;PinDrvKey1=FALSE; /以上語(yǔ)句掃描第一列 Delay(DELAY_VALUE);PinDrvkey2=TRUE; If(PinScanKey1=TRUE) Return=