畢業(yè)設(shè)計----基于單片機蓄電池溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　編號 </b></p><p><b>　　本科生畢業(yè)設(shè)計</b></p><p>　　基于單片機的蓄電池溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　The Monitoring System of Storage Battery Temperature </p><

2、p>　　Based on Single-chip Microcomputer</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　溫度檢測系統(tǒng)，一般選用的是模擬式溫度傳感器。當系統(tǒng)進行多點溫度測量時，所用模擬溫度傳感器增多，使系統(tǒng)變得復雜，而數(shù)字式溫度傳感器，有效地解決了模擬式溫度傳感器外圍電路復雜及抗干擾能力差的弊病，降低了對系統(tǒng)的要求。本系統(tǒng)采用

3、ATMEL89S51單片機和AD7416數(shù)字溫度傳感器能夠快速有效地實現(xiàn)多點溫度測量，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，當測控對象越多越顯示其優(yōu)越性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：溫度檢測 數(shù)字式溫度傳感器 傳感器技術(shù)</p><p>　　ABSTRACT </p><p>　　Temperature measuring system is app

4、lied to many fields．In traditional temperature measuring system，commonly analog temperature sensor is choosed．When system detects multiple point temperature and the number of analog sensor is increased，the system gets co

5、mplex．however，digital temperature sensor availably solves peripheral circuit complexity of analog temperature sensor and faint anti—jamming，and reduces request for system．The system adopts Atmel89S51 singling chip microc

6、omputer and AD7416 digita</p><p>　　Keywords: Temperature measuring digital temperature sensor</p><p>　　sensor technology</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><

7、;b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1引言- 1 -</p><p>　　1.2目前溫度采集系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3系統(tǒng)研究內(nèi)容及意義2</p><p>　　第二章 溫度監(jiān)測系統(tǒng)的模塊組成3</p><p>　　2.1溫度檢測系統(tǒng)的基本構(gòu)成3&

8、lt;/p><p>　　2.2總體結(jié)構(gòu)方案3</p><p>　　2.3實現(xiàn)方式選擇3</p><p>　　第三章 溫度監(jiān)測系統(tǒng)模塊電路設(shè)計5</p><p>　　3.1溫度采集模塊5</p><p>　　3.1.1基本特性與引腳功能5</p><p>　　3.1.2工作原理6</

9、p><p>　　3.1.3 AD7416內(nèi)部寄存器7</p><p>　　3.1.4 AD7416工作時序8</p><p>　　3.1.5溫度采集模塊與51單片機的連接8</p><p>　　3.2顯示功能模塊10</p><p>　　3.2.1基本結(jié)構(gòu)- 10 -</p><p>　　

10、3.2.2顯示器工作原理11</p><p>　　3.2.3 LED數(shù)碼管顯示電路12</p><p>　　3.3鍵盤輸入控制模塊13</p><p>　　3.4電壓測量模塊設(shè)計14</p><p>　　3.4.1 ADC0809簡介15</p><p>　　3.4.2電壓測量模塊的電路圖。16</

11、p><p>　　3.5 報警電路設(shè)計17</p><p>　　3.6 溫度監(jiān)測系統(tǒng)總體電路圖18</p><p>　　第四章 溫度監(jiān)控系統(tǒng)程序設(shè)計20</p><p>　　4.1主程序流程20</p><p>　　4.2溫度監(jiān)控鍵盤輸入控制程序設(shè)計21</p><p>　　4.3報警模塊程

12、序設(shè)計22</p><p><b>　　結(jié)論23</b></p><p><b>　　參考文獻24</b></p><p><b>　　致謝25</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>&l

13、t;b>　　1.1引言</b></p><p>　　蓄電池是通信、信息、金融系統(tǒng)中最重要的后備電源保障。電源系統(tǒng)的好壞將直接影響通信系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。目前,幾乎所有的通信系統(tǒng)電源供電都是由不間斷的電池提供的,有的大型通信系統(tǒng)還建立專門的電池室,一般有一主一備兩套的電源系統(tǒng),通常由多個固體電池串并聯(lián)組成。當電池溫度過高時勢必影響到電池的工作效率和壽命,因此對電池的工作溫度進行實時的溫度監(jiān)控具有

14、實際意義!但是，由于蓄電池的運行狀況或真實保障能力很難通過常規(guī)方法來掌握，致使作為最后一道保險繩的蓄電池在關(guān)鍵時刻出現(xiàn)問題，給一些重要系統(tǒng)造成巨大損失。</p><p>　　1.2目前溫度采集系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　溫度采集系統(tǒng)屬于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一部分,數(shù)據(jù)的采集與讀取是在人們認識客觀世界、探索自然規(guī)律和進行工業(yè)化生產(chǎn)中必需的工具和物質(zhì)手段。數(shù)據(jù)采集技術(shù)既是現(xiàn)代科技的前沿技術(shù)，

15、也是信息產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)、基礎(chǔ)和源頭。在現(xiàn)代科學領(lǐng)域中，離不開先進的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集作為信息工業(yè)的源頭，是以電腦和微處理器的技術(shù)為核心技術(shù)，以計算機、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)、通信、圖像顯示、自動控制理論為共性關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。</p><p>　　19世紀以來，出現(xiàn)了許多描述物理現(xiàn)象的定律,它們都需要相應(yīng)的電測儀器、儀表來定量地加以驗證，因此發(fā)明了基于物理定理的模擬式儀表。這些儀表中最典型的有伏特表、安培表、功率表和測溫表等

16、磁電式模擬儀器儀表。20世紀初至50年代，出現(xiàn)了電子儀器儀表，產(chǎn)生了以記錄儀、電子示波器、信號發(fā)生器等為代表的電子式模擬儀器。這些磁電式和電子式模擬儀器儀表統(tǒng)稱為第一代儀器儀表——模擬式儀器儀表。</p><p>　　隨著集成電路的出現(xiàn)，數(shù)字技術(shù)在測量中獲得了成功的應(yīng)用。20世紀60年代出現(xiàn)了以集成電路芯片為基礎(chǔ)的第二代儀器儀表——數(shù)字式儀器儀表，如數(shù)字電壓表、數(shù)字電流表、數(shù)字頻率計、記憶示波器等。這類儀器儀表的

17、特點是將模擬信號的測量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號的測量，并以數(shù)字方式顯示和輸出測量結(jié)果，適用于快速響應(yīng)和高精度的要求，還可以將數(shù)據(jù)通過接口輸入計算機處理。</p><p>　　隨著單片機的問世，20世紀70年代出現(xiàn)了內(nèi)含微處理器的第三代儀器儀表——數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集儀表不僅能完成某些測量任務(wù)，還能進行各種復雜的數(shù)據(jù)運算處理，且能適應(yīng)被測參數(shù)的變化，進行自動補償，自動選擇量程、自動校準、自尋故障、自動進行指標判斷與分選以及進行

18、邏輯操作、定量控制與程序控制等工作。隨著新型單片機和大規(guī)?？删幊碳善骷某霈F(xiàn)，新研制生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不斷產(chǎn)生，并且正在逐漸取代傳統(tǒng)的儀器儀表。</p><p>　　溫度測量系統(tǒng)一般由溫度采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)表示三個部分組成，當將這三個位于不同地理位置的部分由網(wǎng)絡(luò)連接起來完成測試任務(wù)的時候，就可以形成網(wǎng)絡(luò)化儀器。在網(wǎng)絡(luò)化儀器中，被測對象可通過測試現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，將測得的數(shù)據(jù)或信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給異地的微機化儀

19、器去分析處理，分析后的結(jié)果又可被執(zhí)行機構(gòu)查詢使用，使數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理分析成為一體，甚至實現(xiàn)實時采集、實時監(jiān)測。這里，測試網(wǎng)絡(luò)的總功能將遠遠大于系統(tǒng)中各獨立個體儀器的功能之和。溫度采集系統(tǒng)作為其中的一項，也獲得了巨大的發(fā)展。</p><p>　　1.3系統(tǒng)研究內(nèi)容及意義</p><p>　　為了解決這方面的問題，結(jié)合理論實際，本設(shè)計考慮使用單片機作為主控核心。設(shè)計自動監(jiān)控系統(tǒng)對蓄電池進行

20、安全監(jiān)測。單片機以其功能強、體積小、使用方便、性價比高等優(yōu)點，在實時控制、自動測試、智能儀表、計算機終端、遙測通訊、家用電器等許多方面得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p><b>　　系統(tǒng)功能主要有</b></p><p>　　1、6組或6組以上蓄電池的溫度測量。</p><p>　　2、兩路直流電壓和兩路220V交流電壓測量。</p>

21、;<p>　　3、溫度門限設(shè)定以及參數(shù)超過設(shè)定門限值后的自動報警功能。</p><p>　　第二章 溫度監(jiān)測系統(tǒng)的模塊組成</p><p>　　2.1溫度檢測系統(tǒng)的基本構(gòu)成 </p><p>　　溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計包括以下幾個主要功能模塊</p><p>　　溫度采集模塊：本系統(tǒng)采用AD7416數(shù)字溫度傳感器，完成溫度數(shù)據(jù)的

22、采集和A/D轉(zhuǎn)換功能。</p><p>　　數(shù)據(jù)處理模塊：該模塊采用微處理器來實現(xiàn)，微處理器模塊是整個系統(tǒng)的核心部分，微處理器選用89S51系列單片機，該處理器具有運用靈活、高速、低功耗的優(yōu)點。</p><p>　　顯示功能模塊：采用常用的LED顯示器。</p><p>　　鍵盤輸入控制模塊：獨立式鍵盤輸入。</p><p>　　溫度檢測系統(tǒng)

23、報警模塊。采用揚聲器報警。</p><p><b>　　2.2總體結(jié)構(gòu)方案</b></p><p>　　蓄電池溫度監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計方案如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 溫度監(jiān)測系統(tǒng)總體方案框圖。</p><p><b>　　2.3實現(xiàn)方式選擇</b></p><p

24、>　　實現(xiàn)以上功能的前提條件是建立一個基本的硬件平臺,而用于蓄電池溫度的傳感一般可采用兩種方式：采用傳統(tǒng)的溫度傳感器+放大+A/D轉(zhuǎn)換方式或者直接采用先進的具有和CPU接口的數(shù)字溫度傳感器,如DALLAS公司的DS18B20、ADI公司的AD7416以及NS公司的LM75。</p><p>　　第一種方式是經(jīng)典的單片機系統(tǒng)前向通道的設(shè)計模式,溫度傳感器可根據(jù)精度要求和測量范圍(有時可達數(shù)千攝氏度)選擇熱電偶

25、或鉑電阻。由于傳感器一般是微弱的模擬信號輸出并且容易受到現(xiàn)場環(huán)境的干擾。因此如何提高信號增益和抗干擾是前向通道設(shè)計的關(guān)鍵。其基本的通道結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 前向通道結(jié)構(gòu)</p><p>　　當然,當精度要求不高時,也可以采用熱敏電阻作為溫度傳感探頭。在室溫環(huán)境下,熱敏電阻的阻值與環(huán)境溫度基本成線性關(guān)系。這樣可以通過電阻分壓簡單地將溫度值轉(zhuǎn)化為電壓值,并直接送往

26、A/D轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　當測量精度大于0.5%,測量范圍在零下數(shù)十攝氏度至一百多攝氏度時,比較簡單的辦法是采用數(shù)字溫度傳感器。數(shù)字溫度傳感器與CPU接口方便。一般采用串行總線方式,如IC總線的AD7416、單總線的DS18B20等。采用數(shù)字溫度傳感器的好處是可不必過多考慮前向通道中諸如信號放大、零點漂移、傳感器供電和干擾等因素,可以在滿足系統(tǒng)要求的前提下最大限度地減少系統(tǒng)開發(fā)成本和技術(shù)難度。</

27、p><p>　　本系統(tǒng)采用6片AD7416溫度傳感器。當整個系統(tǒng)確定了關(guān)鍵的溫度傳感器后,其他功能的實現(xiàn)可以根據(jù)實際情況靈活選擇。如溫度顯示可根據(jù)用戶要求和成本選擇LCD或LED數(shù)碼管方式。溫度門限值設(shè)定和保存可以選用EEPROM，如AT24C02。后向通道控制可根據(jù)負載功率大小選用繼電器或可控硅。</p><p>　　第三章 溫度監(jiān)測系統(tǒng)模塊電路設(shè)計</p><p>

28、<b>　　3.1溫度采集模塊</b></p><p>　　溫度采集模塊采用AD7416數(shù)字溫度傳感器,AD7416數(shù)字式溫度傳感器是美國模擬器件公司（ADI）出品的單片溫度監(jiān)控系統(tǒng)集成電路，其內(nèi)部包含有帶隙溫度傳感器和10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可將感應(yīng)溫度轉(zhuǎn)換為間隔為0。25℃量化間隔的數(shù)字信號，以便和用戶設(shè)置的溫度點進行比較。AD7416片內(nèi)寄存器可以進行高低溫度門限的設(shè)置，當溫度超過設(shè)置門限時

29、，過溫漏極開路指示器（OTI）將輸出有效信號。另外，可以AD7416內(nèi)部寄存器可以進行讀寫操作，最多可允許8片AD7416掛接在同一總線上。該溫度傳感器可廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的環(huán)境溫度監(jiān)測，工業(yè)過程控制，電池充電以及個人計算機等系統(tǒng)。</p><p>　　3.1.1基本特性與引腳功能</p><p>　　AD7416具有如下基本特性：</p><p>　　工作電

30、壓范圍為+2.7V～+5.5V；</p><p>　　測溫范圍為-55℃～+125℃；</p><p>　　具有10位數(shù)字輸出溫度值，分辨率為0.25℃；</p><p>　　精度為±2℃(-25℃～+100℃)和±3℃（-55℃～+125℃）；</p><p>　　轉(zhuǎn)換時間為15～30μs，更新速率為400μs；<

31、/p><p>　　帶有過溫漏級開路指示器（OTI）；</p><p>　　具有I2C兼容的串行接口和可選的串行總線地址；</p><p>　　具有低功耗關(guān)閉模式（典型值為0.2μA）；</p><p>　　AD7416采用8腳表面貼SO和8腳小型SOIC封裝形式，圖3.1所示為AD7416的引腳排列圖，各引腳功能如表3.1所列。</p>

32、;<p>　　圖3.1 AD7416管腳圖</p><p><b>　　表3.1 引腳功能</b></p><p><b>　　3.1.2工作原理</b></p><p>　　AD7416的內(nèi)部功能框圖如圖3.2所示。它的片內(nèi)帶隙溫度傳感器可按預先設(shè)置的工作方式對環(huán)境溫度進行實時測量，并將結(jié)果轉(zhuǎn)化為數(shù)字量存入

33、到溫度值寄存器中（地址00H），其環(huán)境溫度與輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系如表3.2所列。</p><p>　　表3.2 環(huán)境溫度與輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系</p><p>　　AD7416預先設(shè)置的工作方式分兩種：</p><p>　　自動測溫方式。在這種方式下，AD7416每隔400μs對環(huán)境溫度測量一次，每次的量化轉(zhuǎn)換時間為15～30μs，其余時間芯片則自動轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)；</p

34、><p>　　低功耗方式。這種方式通常應(yīng)用在測溫頻率較低的場合。當用戶需要對環(huán)境溫度進行測量時，可通過I2C串行接口總線來寫入操作命令，此時，芯片將由休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)入測溫狀態(tài)。當溫度量化轉(zhuǎn)換結(jié)束后，芯片將重新轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)。</p><p>　　3.1.3 AD7416內(nèi)部寄存器</p><p>　　AD7416內(nèi)部的配置寄存器（地址01H）為8位讀/寫寄存器，如表3.3所示

35、，可用于設(shè)置操作方式，其格式為：</p><p>　　配置寄存器各部分的功能如下：</p><p>　　D7～D5始終設(shè)置為000；</p><p>　　D4和 D3用于設(shè)置故障排隊長度，以防止測溫系統(tǒng)在受到干擾時錯誤地觸發(fā)過溫指示器（OTI），故障排隊長度可分別設(shè)置為1、2、4和6次；</p><p>　　D2用于設(shè)置OTI的輸出極性。0表

36、示低電平輸出，1表示高電平輸出；</p><p>　　D1 用于設(shè)置OTI的工作方式。0表示采用比較方式工作，即當環(huán)境溫度超過TOTI時觸發(fā)OUT輸出，其輸出電平一直保持到環(huán)境溫度降至THYST；1表示采用中斷方式工作，即當環(huán)境溫度超過TOTI的觸發(fā)OTI輸出，其輸出電平將一直保持到下一次讀操作，而在這期間，即使環(huán)境溫度降到THYST，輸出電平也不翻轉(zhuǎn)；</p><p>　　D0用于設(shè)置工

37、作方式。0表示采用自動測溫方式，1表示采用低功耗方式。</p><p>　　THYST溫度點寄存器（地址02H）和TOTI溫度點寄存器（地址03H）均是16位讀/寫寄存器，分別用于設(shè)置低端和高端溫度點的門限值，所設(shè)數(shù)值以二進制補碼的形式存入高9位，其余位置0。</p><p>　　HYST溫度點寄存器（地址02H）和TOTI溫度點寄存器（地址03H）均是16位讀/寫寄存器，分別用于設(shè)置低端

38、和高端溫度點的門限值，所設(shè)數(shù)值以二進制補碼的形式存入高9位，其余位置0。</p><p>　　表3.3 AD7416內(nèi)部配置寄存器格式</p><p>　　圖3.2 AD7416 內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.1.4 AD7416工作時序</p><p>　　AD7416采用I2C串行總線和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議來實現(xiàn)同外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸。在數(shù)

39、據(jù)傳輸過程中AD7416作為從器件通過數(shù)據(jù)輸入/輸出線SDA以及時鐘信號線SCL與總線相連。其傳輸時序如圖3。3所示。當SCL保持高電平時，SDA從高電平到低電平的跳變?yōu)閿?shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始信號，隨后傳送AD7416的地址信息的讀/寫控制位。其地址信息的格式為：100A2A1A0R/W。 </p><p>　　根據(jù)A2A1A0的不同編碼，最多可允許8片AD7416掛接同一個串行總線上。讀/寫控制位為1時，表示對AD74

40、16進行讀操作，為0時，則表示進行寫操作。當每個字節(jié)傳送結(jié)束時，必須在收到接收數(shù)據(jù)一方的確認信號（ACK）后方可開始下一步的操作。然后在地址信息和讀/寫控制位之后傳送片內(nèi)寄存器地址和數(shù)據(jù)。最后，在SCL保持高電平的情況下，當SDA從低電平跳變到高電平時將終止數(shù)據(jù)的傳輸操作。</p><p>　　圖3. 3 AD7416工作時序圖</p><p>　　3.1.5溫度采集模塊與51單片機的連

41、接</p><p>　　圖3.4 AD7416與89S51的引腳連接</p><p>　　如圖3.4所示,為AD7416數(shù)字溫度傳感器外圍電路的連接圖,AT24C01用來存儲溫度門限設(shè)定值以保證掉電數(shù)據(jù)不丟失。這是溫度采集模塊的完整電路。51單片機的管腳如圖3.5所示。</p><p>　　在實際電路中，為防止環(huán)境干擾，AD7416的電源同地線之間要并接容值大于0

42、.1μF的鉭電容；AD7416的感溫器件在芯片內(nèi)部，因此芯片表面要被測物體緊密接觸；由于芯片自耗電的存在，AD7416工作時的自身溫升約為0.2，所以在精確測溫時應(yīng)采取低功耗的工作方式；OTI輸出端的上拉電阻的阻值越大，流入AD7416的電流越小，其溫升也越小，但上拉電阻最大不超過30kΩ，通常選10kΩ；與I2C兼容的接口總線在AD7416上電后就一直有效，因此在芯片處于休眠狀態(tài)下仍可進行片內(nèi)數(shù)據(jù)的讀出和寫入。</p>

43、<p>　　在實際電路系統(tǒng)運行中，由于AT24C01采用是I2C總線結(jié)構(gòu)，而89S51芯片不具備I2C總線接口。這時可以采用普通I/O口模擬I2C總線的工作方式來實現(xiàn)I2C總線上主控制器對從器件的讀寫操作。軟件編寫只要符合I2C總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r序要求即可。對于I2C總線器件而言都可以采用通用軟件包的形式來實現(xiàn)，只要在應(yīng)用中注意芯片的器件地址和引腳地址。 </p><p><b>　　3.2顯示

44、功能模塊</b></p><p><b>　　3.2.1基本結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　發(fā)光二極管LED顯示器是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中常用的廉價輸出設(shè)備，它由若干個發(fā)光二極管組成。當發(fā)光二極管導通時，相應(yīng)的一個點或一個筆畫發(fā)光?？刂葡鄳?yīng)的二極管導通，就能顯示出各種字符，盡管顯示的字符形狀有些失真，能顯示的字符數(shù)量也有限，但控制簡單，使用方便。發(fā)光二極管的陽

45、極連在一起的稱為共陽極顯示器，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。</p><p>　　單片機中經(jīng)常使用7 段LED 來顯示數(shù)字，也就是用7 個LED 構(gòu)成字型“8”，并另外用一個圓點LED 來顯示小數(shù)點，也就是說一共有8 個LED，構(gòu)成了“8。”的字型。如圖3.2.1所示。7 段LED 分共陰級和共陽極兩種。實際中，各個型號的7 段LED 的管腳配置可能不會是一樣的，在實際應(yīng)用中要先測試一下各個管腳的配置，再進行電

46、路原理圖的設(shè)計。</p><p>　　圖3.5 7段LED發(fā)光二極管</p><p>　　共陽極7 段LED 是指發(fā)光二極管的陽極連接在一起為公共端的7 段LED，而共陰極7 段LED 是指發(fā)光二極管的陰極連接在一起為公共端的7 段LED。一個7段LED 由8 個發(fā)光二極管組成，其中7 個發(fā)光二極管構(gòu)成字型“8”的各個筆劃（a～g），另一個發(fā)光二極管為小數(shù)點（dp）。當在某一段發(fā)光二極

47、管上施加一定的正向電壓時，該段LED 即被點亮；不加電壓則為暗。以共陽極7 段LED 為例，若是要顯示“5.”，則需要在VCC 上加上電壓，向dp、g、f、e…、a 送出00010010 的信號，就能顯示出來。為了保護各段LED 不因電流過大而損壞，需在各個段上外加限流電阻保護。共陽極7 段LED 顯示0～F 的編碼表如表3.4 所示（以dp 為最高位，a 為最低位）。</p><p>　　3.2.2顯示器工作原

48、理</p><p>　　顯示器有靜態(tài)和動態(tài)兩種方式。</p><p><b>　　1、靜態(tài)顯示器</b></p><p>　　所謂靜態(tài)顯示，就是當顯示器顯示某一字符時，相應(yīng)段的發(fā)光二極管恒定地導通或截止。例如，七段顯示器的a、b、c、d、e、f段導通，g、dp段截止，則顯示0。這種顯示方法的每一位都需要有一個8位輸出口控制。作為MCS—51串行

49、口方式0輸出的應(yīng)用，我們可以在串行口上擴展多片串行輸入并行輸出的移位寄存器74LS164作為靜態(tài)顯示器接口。</p><p>　　靜態(tài)顯示器的優(yōu)點是顯示穩(wěn)定，在發(fā)光二極管導通電流一定的情況下顯示器的亮度高，控制系統(tǒng)在運行過程中，僅僅在需要更新顯示內(nèi)容時，CPU才執(zhí)行一次顯示更新子程序，這樣大大節(jié)省了CPU的時間，提高了CPU的工作效率；缺點是位數(shù)較多時，所需的I/O口太多，硬件開銷太大，因此常采用另外一種顯示方式

50、——動態(tài)顯示方式。</p><p><b>　　2、動態(tài)顯示器</b></p><p>　　所謂動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點亮各位顯示器（掃描），對于顯示器的每一位而言，每隔一段時間點亮一次。雖然在同一時刻只有一位顯示器在工作（點亮），但利用人眼的視覺暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管熄滅時的余輝效應(yīng)，看到的卻是多個字符“同時”顯示。顯示器亮度既與點亮時的導通電流有關(guān)，也與點亮時間

51、和間隔時間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時間參數(shù)，可實現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。若顯示器的位數(shù)不大于8位，則控制顯示器公共極電位只需一個8位I/O口（稱為掃描口或字位口），控制各位LED顯示器所顯示的字形也需要一個8位口（稱為數(shù)據(jù)口或字形口）。</p><p>　　動態(tài)顯示器的優(yōu)點是節(jié)省硬件資源，成本較低。但在控制系統(tǒng)運行過程中，要保證顯示器正常顯示，CPU必需每隔一段時間執(zhí)行一次顯示子程序，占用CPU大量時間，降低了CP

52、U的工作效率，同時顯示亮度較靜態(tài)顯示器低。</p><p>　　LED數(shù)碼管的g~a七個發(fā)光二極管因加正電壓而發(fā)亮，因加零電壓而不以發(fā)亮，不同亮暗的組合就能形成不同的字形，這種組合稱之為字形碼，下面給出共陰極的字形碼見表3.4。</p><p>　　表3.4 共陰極LED數(shù)碼管字形碼</p><p>　　3.2.3 LED數(shù)碼管顯示電路</p>&l

53、t;p>　　溫度值顯示電路如圖3.7所示，具體連接方式如下:把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P0.0/AD0－P0.7/AD7用8芯排線連接到“動態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的a－h(huán)端口上； 把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P2.0/A8－P2.7/A15用8芯排線連接到“動態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的S1－S8端口上； 把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P1.7端口用導線連接到“獨立式鍵盤”區(qū)域中的SP1端口上。 </p><p>　　圖3.6

54、LED數(shù)碼管電路圖</p><p>　　3.3鍵盤輸入控制模塊</p><p>　　鍵盤是由若干個按鍵組成的開關(guān)矩陣，它是最簡單的單片機輸入設(shè)備，操作員可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實現(xiàn)簡單的人機通信。若鍵盤閉合鍵的識別是由專用硬件實現(xiàn)的，則稱為編碼鍵盤；若用軟件實現(xiàn)閉合鍵識別的，則稱為非編碼鍵盤。非編碼鍵盤又分為行列式和獨立式兩種。本系統(tǒng)由于對輸入數(shù)據(jù)要求單一，所以采用獨立式鍵盤。<

55、/p><p>　　一個具有4個按鍵的獨立式鍵盤，每一個按鍵的一端都接地，另一端接單片機的I/O口。獨立式鍵盤每一按鍵都需要一根I/O線，占用單片機的硬件資源較多。因此獨立式鍵盤只適合按鍵較少的場合。</p><p>　　一般情況下，鍵盤采用機械彈性開關(guān)來反映一個電壓信號的開斷。由于機械觸點的彈性作用，在閉合和斷開的瞬間會有抖動產(chǎn)生。抖動時間扥長短由按鍵的機械特性決定，一般在5~10ms之間。為

56、確保按鍵不產(chǎn)生誤動作，在編寫按鍵處理程序中必須有防抖動措施。防抖動措施有硬件和軟件兩種方法。硬件防抖動措施的典型做法是采用RS觸發(fā)器，構(gòu)成雙穩(wěn)態(tài)消抖電路，一般用在對按鍵操作過程比較嚴格的場合。采用硬件防抖將導致系統(tǒng)硬件電路設(shè)計進一步復雜化，故本系統(tǒng)采用軟件防抖，它的工作原理是：當軟件檢測到第一次按鍵按下時，執(zhí)行一個10～20ms的軟件延時程序，之后再檢測該鍵電平是否仍維持在閉合狀態(tài)，若仍然保持，則確認此鍵是真正按下，從而消除了抖動的影響

57、。</p><p>　　圖3.7 獨立式鍵盤接口電路</p><p>　　如圖3.8所示，有四個按鍵與單片機相連, 按鍵的一邊接地, 另外一邊分別與單片機的P1.6、P1.7、P3.2、P3.5 口相連。</p><p>　　3.4電壓測量模塊設(shè)計</p><p>　　本系統(tǒng)同時還要求完成直流、交流電壓的測量任務(wù)，本系統(tǒng)計劃采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD

58、C0809</p><p>　　3.4.1 ADC0809簡介</p><p>　　圖3.8ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)</p><p>　　ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖3.9所示。由上圖可知，ADC0809由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進行

59、轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。IN0－IN7：8條模擬量輸入通道。 ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0－5V，若信號太小，必須進行放大。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。 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ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A，B，C

60、三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表3.5所示。</p><p>　　表3.5 ADC0809通道選擇表</p><p>　　ST為轉(zhuǎn)換啟動信號。當ST上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當E

61、OC為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(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)。D7－D0為數(shù)字量輸出線。 CLK為時鐘輸入信號線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ， VREF（＋），VREF（－）為參考電壓輸入。 </p><p>　　3.4.

62、2電壓測量模塊的電路圖。</p><p>　　圖3.9 電壓測量模塊電路圖</p><p>　　電路連接方法具體如下：把“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的VREF端子用導線連接到“電源模塊”區(qū)域中的VCC端子上;把“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的A2A1A0端子用導線連接到“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.4　P3.5　P3.6端子上；把“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的ST端子用導線連接到“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.

63、0端子上;把“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的OE端子用導線連接到“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.1端子上；把“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的EOC端子用導線連接到“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.2端子上。</p><p>　　3.5 報警電路設(shè)計</p><p>　　當檢測溫度超出預先設(shè)定的溫度限值時，本系統(tǒng)采用揚聲器報警。</p><p>　　生活中我們常常到各種各樣的報警聲，例如“嘀、

64、嘀、…”就是常見的一種聲音報警聲，但對于這種報警聲，嘀0.2秒鐘，然后斷0.2秒鐘，如此循環(huán)下去，假設(shè)嘀聲的頻率為1KHz，則報警聲時序圖如圖3.10所示。 </p><p>　　圖3.10 報警聲時序圖</p><p>　　上述波形信號如何用單片機來產(chǎn)生呢？ </p><p>　　由于要產(chǎn)生上面的信號，我們把上面的信號分成兩部分，一部分為1KHZ方波，占用時間為0

65、.2秒；另一部分為電平，也是占用0.2秒；因此，我們利用單片機的定時/計數(shù)器T0作為定時，可以定時0.2秒；同時，也要用單片機產(chǎn)生1KHZ的方波，對于1KHZ的方波信號周期為1ms，高電平占用0.5ms，低電平占用0.5ms，因此也采用定時器T0來完成0.5ms的定時；最后，可以選定定時/計數(shù)器T0的定時時間為0.5ms，而要定時0.2秒則是0.5ms的400倍，也就是說以0.5ms定時400次就達到0.2秒的定時時間了。 </p

66、><p>　　如圖3.11把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P1.0端口用導線連接到“音頻放大模塊”區(qū)域中的SPK IN端口上， 在“音頻放大模塊”區(qū)域中的SPK OUT端口上接上一個8歐或者是16歐的喇叭。</p><p>　　圖3.11 報警電路硬件電路圖</p><p>　　3.6 溫度監(jiān)測系統(tǒng)總體電路圖</p><p>　　圖3.12 溫度監(jiān)

67、測系統(tǒng)總體電路圖</p><p>　　說明：本系統(tǒng)總體框圖只畫出一片AD7416。報警模塊可直接跨接在單片機模塊上，即接在P1.0口。電壓測量模塊電路可參照3.4.2的電路來連接。</p><p>　　第四章 溫度監(jiān)控系統(tǒng)程序設(shè)計</p><p><b>　　4.1主程序流程</b></p><p>　　圖4.1是溫度控

68、制系統(tǒng)的主程序流程圖。主程序首先對各個數(shù)據(jù)存儲器以及外圍接口芯片初始化；然后通過讀數(shù)據(jù)存儲器AT24C02將原來通過鍵盤設(shè)定的溫度門限值存入到溫度門限寄存器中；隨后調(diào)用AD7416溫度采樣和ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序并將結(jié)果經(jīng)數(shù)值轉(zhuǎn)換后通過6位LED數(shù)碼管顯示。程序運行當中可隨時通過調(diào)用鍵盤子程序來更改溫度上下門限值，并將該門限值保存到AT24C02數(shù)據(jù)存儲芯片中。當測量的溫度值超過預先設(shè)定的門限值時，則調(diào)用后向通道控制子程序啟動繼電

69、器以打開各種負載。主程序，實際是一個不斷循環(huán)的過程。</p><p>　　圖4.1 主程序流程圖</p><p>　　4.2溫度監(jiān)控鍵盤輸入控制程序設(shè)計</p><p>　　圖4.2 溫度控制系統(tǒng)的子程序流程圖</p><p>　　說明：溫度控制子程序的目的是完成溫度上下門限寄存器的數(shù)據(jù)設(shè)置，溫度門限值的設(shè)定只使用了兩個鍵，采用獨立式鍵盤方

70、式。</p><p>　　4.3報警模塊程序設(shè)計</p><p>　　報警模塊程序流程圖如圖4.3所示。</p><p>　　圖4.3 報警模塊流程圖</p><p>　　中斷子程序如圖4.4所示。</p><p>　　圖4.4 報警中斷子程序流程圖</p><p><b>　　結(jié)論

71、</b></p><p>　　一、系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)該注意的幾個問題</p><p>　　當AD7416直接焊在電路板時，測量的溫度值為室溫；在測量電池表面的溫度時，應(yīng)將AD7416緊貼電池表面。</p><p>　　對于零攝氏度以下的溫度值，程序中沒有對BCD碼符號位進行處理，實際應(yīng)用中若要對負溫度值進行測量，還需進行數(shù)值轉(zhuǎn)換。（可將從AD7416中讀出的B

72、CD碼按取反加1的格式進行轉(zhuǎn)換）</p><p>　　電路后向通道才采用12V電磁繼電器，所帶負載功率有限，如果要驅(qū)動大功率的負載，最好選用固態(tài)繼電器。</p><p>　　由于總線驅(qū)動能力限制，AD7416與控制板的引線不可過長，當需要測量數(shù)百米距離以外的物體人溫度時，可采用DS18B20單總線芯片。</p><p>　　二、通過這一階段的研究，在老師的指導下，本

73、人對模擬、數(shù)字電路以及單片機知識有了更一步的了解，也提高了動手能力，開拓了設(shè)計思路。</p><p>　　在設(shè)計過程中，遇到很多困難，暴露了學習中的不足！任何一項研究都需要豐富，及時的第一手材料準備！需要深厚的理論積淀，同時需要團結(jié)合作，從別人那里汲取先進的研究方法和寶貴的項目經(jīng)驗。此次設(shè)計得出的心得體會將會繼續(xù)指導我的學習！</p><p><b>　　參考文獻</b&g

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77、電子線路——非線形部分（第四版）》 北京 高等教育出版社。</p><p>　　【１１】 A.W.L.Yao,S.D.Strombeck,J.S.C.Chi.Development of a mobile manufacturing system with PDA and PLC[J].Computer Science and Engineering,2005,4(25):7-8。</p><

78、p><b>　　致謝</b></p><p>　　對于本篇論文的完成，首先要感謝我的導師，感謝他熱情的幫助和細心的指導。他在百忙之中對我的論文的初稿進行了審閱，并指出修改意見，使本文得以順利完成。其次，特別致謝大學期間指導我學習單片機技術(shù)的***老師，他們是我單片機、DSP方面的啟蒙老師，對我的指導和幫助必將讓我終生受益。最后還要感謝我的朋友和同學們，我的室友***等都給予無私的幫助，