畢業(yè)論文---基于matlab的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</b></p><p>　　2012 年 6 月</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　前言…………………………………………………………………………………3</p><p>　　1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)………………………………………

2、…………………………4</p><p>　　2 系統(tǒng)硬件…………………………………………………………………………4</p><p>　　2.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)……………………………………………………………4</p><p>　　2.2 AT89S52單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)板………………………………………………5</p><p>　　2.2.1 AT8

3、9S52單片機(jī)介紹…………………………………………………6</p><p>　　2.2.2 串行接口介紹…………………………………………………………8</p><p>　　2.3 DS18B20傳感器簡(jiǎn)介…………………………………………………………10</p><p>　　2.3.1 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)………………………………………………………10</p&

4、gt;<p>　　2.3.2 DS18B20的工作原理………………………………………………11</p><p>　　2.3.3 DS18B20的指令系統(tǒng)…………………………………………………12</p><p>　　2.3.4 DS18B20的通信協(xié)議…………………………………………………13</p><p>　　2.3.5 DS18B20使用中注意事

5、項(xiàng)……………………………………………14</p><p>　　2.3.6 DS18B20與單片機(jī)的典型接口設(shè)計(jì)…………………………………15</p><p>　　3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)……………………………………………………………16</p><p>　　3.1下位機(jī)程序設(shè)計(jì)……………………………………………………………16</p><p>　　

6、3.2 MATLAB程序設(shè)計(jì)…………………………………………………………17</p><p>　　3.2.1 MATLAB串口通信技術(shù)…………………………………………………18</p><p>　　3.2.2 MATLAB GUI介紹………………………………………………………20</p><p>　　3.2.3 GUI界面設(shè)計(jì)……………………………………………………

7、……21</p><p>　　4 系統(tǒng)調(diào)試………………………………………………………………………23</p><p>　　4.1 下位機(jī)調(diào)試………………………………………………………………23</p><p>　　4.2 串口調(diào)試………………………………………………………………23</p><p>　　4.3 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)………………………………

8、………………………………24</p><p>　　基于MATLAB的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　溫度是工業(yè)控制中主要的被控參數(shù)之一，特別是在冶金、化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中，具有舉足重輕的作用。傳統(tǒng)靠人工控制的溫度、濕度、液位等信號(hào)的測(cè)壓力控系統(tǒng)，外圍電路比較復(fù)雜，測(cè)量精度較低，分辨

9、率不高，需進(jìn)行溫度校準(zhǔn)(非線性校準(zhǔn)、溫度補(bǔ)償、傳感器標(biāo)定等)；且它們的體積較大、使用不夠方便，更重要的是參數(shù)的設(shè)定需要有其它儀表的參與，外界設(shè)備多，成本高，因而越來(lái)越適應(yīng)不了社會(huì)的要求。在對(duì)多類型、多通道信號(hào)同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)和控制中，傳統(tǒng)的測(cè)控系統(tǒng)能力有限。如何將計(jì)算機(jī)與各種設(shè)施、設(shè)備結(jié)合，簡(jiǎn)化人工操作并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，滿足社會(huì)的需求，成為一個(gè)很迫切的問(wèn)題。 溫度檢測(cè)是現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的重要組成部分，在保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源和安全生產(chǎn)等方

10、面起著關(guān)鍵的作用。隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，微機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)具有處理能力強(qiáng)、運(yùn)行速度快、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用在溫度測(cè)量與控制方面，控制簡(jiǎn)單方便，測(cè)量范圍廣，精度較高。由單片集成電路構(gòu)成的溫度傳感器的種類越來(lái)越多，測(cè)量的精度越來(lái)越高，響應(yīng)時(shí)間越來(lái)越短，因其使用方便、無(wú)需變換電路等特點(diǎn)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，例如：以前常</p><p>　　近年來(lái)，利用智能化數(shù)字式溫度傳感

11、器以實(shí)現(xiàn)溫度信息的在線檢測(cè)已成為溫度檢測(cè)技術(shù)的一種發(fā)展趨勢(shì)。數(shù)字化技術(shù)推動(dòng)了信息化的革命，在傳感器的器件結(jié)構(gòu)上采用數(shù)字化技術(shù)，使信息的采集更加方便。例如，對(duì)于溫度信號(hào)采集系統(tǒng)，傳統(tǒng)的模擬溫度傳感器多為鉑電阻、銅電阻等。每一個(gè)傳輸線至少有兩根導(dǎo)線，帶補(bǔ)償接法需要三根導(dǎo)線。如果對(duì)50路溫度信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，就需要100根導(dǎo)線接到采集端口，然后還要經(jīng)過(guò)電橋電路、信號(hào)放大、通道選擇、AD轉(zhuǎn)換等，才能將溫度信號(hào)供計(jì)算機(jī)處理。而DS18B20新型單總線

12、數(shù)字溫度傳感器，采用3腳(或8腳)封裝，從DS18B20讀出或</p><p><b>　　圖1 總設(shè)計(jì)框圖</b></p><p>　　寫入數(shù)據(jù)僅需要一根I／O口線。,使得硬件電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,廣泛使用于距離遠(yuǎn),節(jié)點(diǎn)分布多的場(chǎng)合。具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。</p><p><b>　　1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)</b></p&g

13、t;<p>　　本次設(shè)計(jì)的目的就是以數(shù)字傳感器DS18B20作為前端，采集溫度經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理后，再采用串口通信，在MATLAB環(huán)境下對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，將結(jié)果用圖形顯示并儲(chǔ)存，完成人機(jī)交互過(guò)程。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1所示。</p><p>　　本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括硬件和軟件兩大部分。系統(tǒng)的硬件部分大致可分為四部分：DS18B20溫度采集部分、單片機(jī)處理部分、顯示部分、與計(jì)算機(jī)串口通信部分。系統(tǒng)的軟件部分分

14、為五大部分：讀取DS18B20的內(nèi)部數(shù)據(jù)部分、單片機(jī)對(duì)溫度的處理部分、數(shù)碼顯示部分、串口通信部分、MATLAB界面部分。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)硬件</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　在本設(shè)計(jì)提出在上位機(jī)MATLAB 環(huán)境下，使用RS232串行接口實(shí)時(shí)接收。該方法較之使用VC、VB高級(jí)語(yǔ)言編程

15、，極大地縮減了開發(fā)時(shí)間，提高了開發(fā)效率。系統(tǒng)主要由上位機(jī)(PC機(jī))和下位機(jī)(AT89S52)部分。上位機(jī)和下位機(jī)通過(guò)RS232進(jìn)行通訊。上位機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理和圖形化顯示，它是在MATLAB環(huán)境下進(jìn)行的，應(yīng)用了儀器控制工具箱中關(guān)于串行通信的函數(shù)，通過(guò)程序控制整個(gè)系統(tǒng)的工作并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。下位機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和響應(yīng)主機(jī)的控制處理信號(hào)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中,由DS18B20構(gòu)成的單片機(jī)溫度測(cè)量裝置主要由四部成:D

16、S18B20溫度傳感器、AT89S52、顯示模塊和電源模塊(圖2所示)。產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo):①測(cè)量范圍:-55.0℃～+125.0℃,②測(cè)量精度:0.1℃,③反應(yīng)時(shí)間≤1.5s。</p><p>　　圖2 溫度檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.2 AT89S52單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)板</p><p>　　該開發(fā)板可對(duì)ATMEL公司的89S5x系列ISP單片機(jī)AT8

17、9S51、 AT89S52、 AT89S53、 AT89LS53、 AT89S8252、AT89LS8252的DIP40封裝的器件進(jìn)行直接編程操作。單片機(jī)開發(fā)板結(jié)構(gòu)如圖3。</p><p>　　圖3 AT89S5x單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)板整體結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　開發(fā)板的結(jié)構(gòu)： </b></p><p>　　1)CPU系統(tǒng)：包括復(fù)位、時(shí)鐘

18、、在線編程電路及I/O引線插孔； </p><p>　　2)串行接口：采用MAX232構(gòu)成； </p><p>　　3)顯示模塊：采用串行顯示，由六片74HC164和六個(gè)七段共陰數(shù)碼管組成； </p><p>　　4)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊：采用ADC0809及外圍器件，能實(shí)現(xiàn)8路八位的模數(shù)采集； </p><p>　　5)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊：采用串行D/A

19、轉(zhuǎn)換TLC5616,能實(shí)現(xiàn)10位的數(shù)模轉(zhuǎn)換； </p><p>　　6)LED顯示模塊：由8個(gè)LED燈構(gòu)成，其中3個(gè)紅燈、2個(gè)黃燈、3個(gè)綠燈； </p><p>　　7)單脈沖發(fā)生電路：產(chǎn)生單個(gè)正或負(fù)脈沖； </p><p>　　8)用戶外接元件區(qū)：方便用戶外加少量外接元件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)只用到CPU系統(tǒng)，串行接口，顯示

20、模塊。CPU系統(tǒng)由AT89S52單片機(jī)組成。串行接口是RS232串口。下面對(duì)各個(gè)部分作一簡(jiǎn)單介紹。</p><p>　　2.2.1 AT89S52單片機(jī)介紹</p><p>　　2.2.1.1 單片機(jī)簡(jiǎn)介</p><p>　　Atmel公司的AT89S52芯片是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密

21、度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙

22、工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。</p><p>　　2.2.1.2 單片機(jī)引腳功能</p><p>　　AT89S52芯片采用40腳雙列直插

23、封裝方式。當(dāng)然，不同芯片之間引腳功能也略有差異。AT89S52單片機(jī)是高性能單片機(jī)，因?yàn)槭艿揭_數(shù)目的限制，有部分引腳具有第二功能。引腳分配如圖4所示。</p><p>　　圖4 AT89S52雙列直插式封裝和引腳分配</p><p>　　下面以雙列直插式為例，介紹AT89S52單片機(jī)的引腳。引腳可分為三個(gè)部分：I/O口引腳、控制引腳和電源時(shí)鐘引腳。</p><p&g

24、t;　　P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。</p><p>　　P1 口：P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位

25、雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如表1所示。</p><p>　　表1 P1口的第二功能</p>

26、<p>　　P2 口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P2 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時(shí)，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在

27、使用8位地址（如MOVX @RI）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。</p><p>　　P3 口：P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P3 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電

28、流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表2所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。</p><p>　　2.2.2 串行接口介紹</p><p>　　2.2.2.1 RS232C簡(jiǎn)介</p><p>　　計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本

29、低，特別是在遠(yuǎn)程傳輸時(shí)，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。在串行通訊時(shí)，要求通訊雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來(lái)進(jìn)行通訊。RS-232-C接口(又稱EIARS-232-C)是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在1970年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。它的全名是《數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備(DCE)之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技

30、術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個(gè)25個(gè)腳的DB25連接器，對(duì)連接器的每個(gè)引腳的信號(hào)內(nèi)容加以規(guī)定，還對(duì)各種信號(hào)的電平加以規(guī)定。</p><p>　　1)接口的信號(hào)內(nèi)容：實(shí)際上RS-232-C的25條引線中有許多是很少使用的，在計(jì)算機(jī)與終端通訊中一般只使用3～9條引線。</p><p>　　2)接口的電氣特性：在RS-232-C中任何一條信號(hào)線的電壓均為負(fù)邏輯關(guān)系。即邏輯“1”，-5～-15V：邏輯

31、“0”，+5～+15V。噪聲容限為：2V。即要求接收器能識(shí)別低至+3V的信號(hào)作為邏輯“0”，高到-3V的信號(hào)作為邏輯“1。</p><p>　　3)接口的物理結(jié)構(gòu)RS-232-C接口連接器一般使用型號(hào)為DB-25的25芯插頭座，通常插頭在DCE端，插座在DTE端，一些設(shè)備與PC機(jī)連接的RS-232-C接口，因?yàn)椴皇褂脤?duì)方的傳送控制信號(hào)，只需三條接口線，即“發(fā)送數(shù)據(jù)”、“接收數(shù)據(jù)”和“信號(hào)地”。所以采用DB-9的9

32、芯插頭座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。</p><p>　　由于RS-232-C接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較早，難免有不足之處，主要有以下四點(diǎn)：</p><p>　　1）接口的信號(hào)電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕cTTL電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接。</p><p>　　2）傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率為20Kbps。</p><

33、p>　　3）接口使用一根信號(hào)線和一根信號(hào)返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種其地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。</p><p>　　4）傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為50英尺，實(shí)際上也只能用在50米左右。</p><p>　　2.2.2.2 MAX232芯片介紹</p><p>　　MAX232是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)

34、的芯片。由于電腦串口rs232電平是-10v +10v，而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號(hào)電壓是ttl電平0 +5v,max232就是用來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的,該器件包含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。</p><p>　　該器件符合TIA/EIA-232-F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5-V TTL/CMOS電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成

35、TIA/EIA-232-F電平。</p><p><b>　　主要特點(diǎn)：</b></p><p><b>　　1）單5V電源工作</b></p><p>　　2） LinBiCMOSTM工藝技術(shù)</p><p>　　3） 兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器及兩個(gè)接收器</p><p>　　4） &#

36、177;30V輸入電平</p><p>　　5）低電源電流：典型值是8mA</p><p>　　6）符合甚至優(yōu)于ANSI標(biāo)準(zhǔn) EIA/TIA-232-E及ITU推薦標(biāo)準(zhǔn)V.28</p><p>　　7）ESD保護(hù)大于MIL-STD-883（方法3015）標(biāo)準(zhǔn)的2000V</p><p>　　2.3 DS18B20傳感器簡(jiǎn)介</p>

37、<p>　　由DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20型單線智能溫度傳感器,屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9~12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。其可以分別在93.75ms和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量，最大分辨率為0.0625 ℃ 而且從DS18B20 讀出或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線（單線接口）寫。</p>

38、;<p>　　2.3.1 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　DS18B20的外形及引腳功能說(shuō)明:圖5為DS18B20引腳。</p><p>　　圖5 DS18B20底視圖</p><p>　　1 ( GND) :地。2 (DQ) :單線運(yùn)用的數(shù)據(jù)輸入輸出。3 (VDD) :可選的電源引腳。DS18B20利用Dallas的單總線控制協(xié)議,實(shí)現(xiàn)

39、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5kΩ ) 。在這一總線系統(tǒng)中,微控制器(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。采用3腳PR 35封裝或8腳SO IC封裝, 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖6所示。64 位ROM 的結(jié)構(gòu)開始8位是產(chǎn)品類型的</p><p>　　圖6 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p>

40、<p>　　編號(hào), 接著是接著的48 位是唯一的系列號(hào)，最后的8 位是開始56 位CRC。64位ROM 和ROM 操作控制部分允許DS18B20作為一個(gè)單線器件工作并遵循單線協(xié)議。直到ROM 操作協(xié)議被滿足DS18B20 控制部分的功能是不可訪問(wèn)的。單線總線主機(jī)必須首先操作五種ROM 操作命令之一：1）Read ROM(讀ROM),2)Match ROM(匹配ROM), 3)Search ROM(搜索ROM),4)Skip

41、ROM(跳過(guò)ROM),或5)Alarm Search（告警搜索）。在成功地執(zhí)行了ROM 操作序列之后，DS18B20 特定的功能便可訪問(wèn)，然后總線上主機(jī)可提供六個(gè)存貯器和控制功能命令之一。</p><p>　　DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存RAM 和一個(gè)非易失性的可電擦除的EEP2ROM。高速暫存RAM的為9字節(jié)的存儲(chǔ)器,結(jié)構(gòu)如表2所示。</p><p>　　表2

42、 DS18B20字節(jié)定義</p><p>　　其中1、2字節(jié)用來(lái)存放當(dāng)前溫度, 1為低8位, 2為高8位。字節(jié)3、4用來(lái)預(yù)置報(bào)警溫度的上下限,字節(jié)5用于配置寄存器,用于確定溫度數(shù)據(jù)位數(shù),字節(jié)6、7、8均為保留字節(jié),字節(jié)9存放前8個(gè)字節(jié)循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。</p><p>　　2.3.2 DS18B20的工作原理</p><p>　　DS18B20的測(cè)溫原理如圖7所示,

43、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)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變,所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入,圖中還隱含著計(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)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù),進(jìn)而完成溫度測(cè)量。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)量前,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-5

44、5℃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)</p><p>　　圖7 DS18B20的內(nèi)部測(cè)溫電路框圖</p><p>　　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)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí),停止溫度寄存器值的累加,此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為

45、所測(cè)溫度。圖中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性,其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值,只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程,直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值,這就是DS18B20的測(cè)溫原理。</p><p>　　在DS18B20完成溫度變換之后,溫度值與貯存在TH和TL 內(nèi)的觸發(fā)值相比較。因?yàn)檫@些寄存器僅僅是8位,所以0. 5℃位在比較時(shí)被忽略。TH或TL的最高有效位直接對(duì)應(yīng)于16位溫度寄存器的符號(hào)位。如果溫度

46、測(cè)量的結(jié)果高于TH或低于TL,那么器件內(nèi)告警標(biāo)志將置位。每次溫度測(cè)量更新此標(biāo)志。只要告警標(biāo)志置位,DS18B20將對(duì)告警搜索命令作出響應(yīng)。這允許并聯(lián)多個(gè)DS18B20,同時(shí)進(jìn)行溫度測(cè)量。如果某處溫度超過(guò)極限,那么可以識(shí)別出正在告警的器件并立即將其讀出而不必讀出非告警的器件。</p><p>　　2.3.3 DS18B20的指令系統(tǒng)</p><p>　　讀暫存存儲(chǔ)器 指令代碼[BEh]<

47、;/p><p>　　此命令讀暫存存儲(chǔ)器的內(nèi)容。讀開始于字節(jié)0，并繼續(xù)經(jīng)過(guò)暫存存儲(chǔ)器，直至第九個(gè)字節(jié)（字節(jié)8，CRC）被讀出為止。如果不是所有位置均可讀，那么主機(jī)可以在任何時(shí)候發(fā)出一復(fù)位以中止讀操作。</p><p>　　復(fù)制暫存存儲(chǔ)器 指令代碼[48h]</p><p>　　此命令把暫存存儲(chǔ)器復(fù)制入DS18B20的E2存儲(chǔ)器，把溫度觸發(fā)器字節(jié)存貯入非易失性存儲(chǔ)器，如果總

48、線主機(jī)在此命令之后發(fā)出讀時(shí)間片，那么只要DS18B20 正忙于把暫存存儲(chǔ)器復(fù)制入E2，它就會(huì)在總線上輸出“0”當(dāng)復(fù)制過(guò)程完成之后，它將返回“1”。如果由寄生電源供電，總線主機(jī)在發(fā)出此命令之后必須能立即強(qiáng)制上拉至少10ms。</p><p>　　溫度變換 指令代碼[44h]</p><p>　　此命令開始溫度變換。不需要另外的數(shù)據(jù)溫度變換將被執(zhí)行，接著DS18B20便保持在空閑狀態(tài)。如果總線

49、主機(jī)在此命令之后發(fā)出讀時(shí)間片，那么只要DS18B20正忙于進(jìn)行溫度變換，它將在總線上輸出“0”；當(dāng)溫度變換完成時(shí)它便返回“1”。如果由寄生電源供電，那么總線主機(jī)在發(fā)出此命令之后必須立即強(qiáng)制上拉至少2秒。</p><p>　　重新調(diào)出E2指令代碼[B8h]</p><p>　　此命令把貯存在E2中溫度觸發(fā)器的值重新調(diào)至?xí)捍娲鎯?chǔ)器。這種重新調(diào)出的操作在對(duì)DS18B20上電時(shí)也自動(dòng)發(fā)生，因此，只

50、要器件一接電，暫存存儲(chǔ)器內(nèi)就有有效的數(shù)據(jù)可供使用。在此命令發(fā)出之后，對(duì)于所發(fā)出的第一個(gè)讀數(shù)據(jù)時(shí)間片，器件都將輸出其忙的標(biāo)志“0”=忙，“1” =準(zhǔn)備就緒。</p><p>　　讀電源 指令代碼[B4h]</p><p>　　對(duì)于在此命令送至DS18B20之后所發(fā)出的第一讀出數(shù)據(jù)的時(shí)間片，器件都會(huì)給出其電源方式的信號(hào)“0”=寄生電源供電，“1”=外部電源供電。</p><

51、p>　　2.3.4 DS18B20的通信協(xié)議</p><p>　　DS18B20器件要求采用嚴(yán)格的通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)類型：復(fù)位脈沖，應(yīng)答脈沖時(shí)隙；寫0，寫1時(shí)隙；讀0，讀1時(shí)隙。與DS18B20的通信，是通過(guò)操作時(shí)隙完成單總線上的數(shù)據(jù)傳輸。發(fā)送所有的命令和數(shù)據(jù)時(shí)，都是字節(jié)的低位在前,高位在后。</p><p>　　1）復(fù)位和應(yīng)答脈沖時(shí)隙</p&g

52、t;<p>　　每個(gè)通信周期起始于微控制器發(fā)出的復(fù)位脈沖，其后緊跟DS18B20發(fā)出的應(yīng)答脈沖，在寫時(shí)隙期間，主機(jī)向DS18B20器件寫入數(shù)據(jù)，而在讀時(shí)隙期間，主機(jī)讀入來(lái)自DS18B20的數(shù)據(jù)。在每一個(gè)時(shí)隙，總線只能傳輸一位數(shù)據(jù)。時(shí)序圖見(jiàn)圖8。</p><p><b>　　2）寫時(shí)隙</b></p><p>　　當(dāng)主機(jī)將單總線DQ從邏輯高拉到邏輯低時(shí)，即

53、啟動(dòng)一個(gè)寫時(shí)隙，所有的寫時(shí)隙必須在60--120us完成，且在每個(gè)循環(huán)之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間。寫0和寫1時(shí)隙如圖所示。在寫0時(shí)隙期間，微控制器在整個(gè)時(shí)隙中將總線拉低；而寫1時(shí)隙期間，微控制器將總線拉低，然后在時(shí)隙起始后15us之釋放總線。時(shí)序圖見(jiàn)圖9。</p><p><b>　　3）讀時(shí)隙</b></p><p>　　DS18B20器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)隙時(shí)，才

54、向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。所以在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)隙，以便DS18B20能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有的讀時(shí)隙至少需要60us，且在兩次獨(dú)立的讀時(shí)隙之間，至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間。每個(gè)讀時(shí)隙都由主機(jī)發(fā)起，至</p><p>　　少拉低總線1us。在主機(jī)發(fā)起讀時(shí)隙之后，DS18B20器件才開始在總線上發(fā)送0或1，若DS18B20發(fā)送1，則保持總線為高電平。若發(fā)送為0，則拉低總線當(dāng)發(fā)送0時(shí)，DS18B20在該時(shí)隙結(jié)束后

55、，釋放總線，由上拉電阻將總線拉回至高電平狀態(tài)。DS18B20發(fā)出的數(shù)據(jù)，在起始時(shí)隙之后保持有效時(shí)間為15us。因而主機(jī)在讀時(shí)隙期間，必須釋放總線。并且在時(shí)隙起始后的15us之內(nèi)采樣總線的狀態(tài)。時(shí)序圖見(jiàn)圖9。</p><p>　　圖8 復(fù)位和應(yīng)答脈沖時(shí)隙</p><p><b>　　圖9 讀寫時(shí)序</b></p><p>　　2.3.5 DS

56、18B20使用中注意事項(xiàng)</p><p>　　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)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題：　</p><p>　　1）較小的硬件開銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)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)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級(jí)

57、語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)DS18B20操作部分最好采用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)?！　?lt;/p><p>　　2）在DS18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS182B0數(shù)量問(wèn)題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。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)要加以注意?！　?lt;/p><p>　　3）在DS1

58、8B20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)，將沒(méi)有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。</p><p>　　2.3.6 DS18B20單片機(jī)的典型接口設(shè)計(jì)</p><p>　　在硬件上,DS18B20與單片機(jī)的連接有兩

59、種方法:</p><p>　　一種是Vcc接外部電源,GND接地,I/O與單片機(jī)的I/O線相連。此方法可以使所有使用外部電源的DS18B20同時(shí)完成溫度變換。</p><p>　　另一種是用寄生電源供電,此時(shí)UDD、GND接地,I/O接單片機(jī)I/O。DS18B20內(nèi)部電容在I/O 線為高電平時(shí)貯存能量,在I/O線為低電平時(shí)消耗能量,并在I/O信號(hào)線再為高電平時(shí)能量得得到補(bǔ)充。這樣,DS18

60、20 在不需要外部提供能量的情況下就可以完成各項(xiàng)操作命令。值得注意的是,采用此種方法時(shí)UDD引腳必須接地。使用寄生電源的優(yōu)點(diǎn)是:1)遠(yuǎn)程溫度檢測(cè)無(wú)需本地電源;2)缺少正常電源條件下也可讀ROM。</p><p>　　就兩種方式相比較而言,寄生電源方式少用一根導(dǎo)線,但它完成溫度測(cè)量所需的時(shí)間較長(zhǎng),而外部電源方式測(cè)量速度則要快些。無(wú)論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電,I/O口線要接4.7KΩ左右的上拉電阻。圖10給出了DS

61、18B20與微處理器的典型連接。圖10(a)中DS18B20采用寄生電源方式,其VDD和GNG端均接地,圖10(b)中DS18B20采用外接電源方式,其VDD端用3V～5.5V電源供電。本系統(tǒng)采用圖10(b)所示接線方式,即外接電源工作方式。</p><p>　　圖10 （a）寄生電源工作方式</p><p>　　圖10 （b）外接電源工作方式</p><p>&l

62、t;b>　　3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)</p><p>　　下位機(jī)采用MCS51單片機(jī)指令進(jìn)行編程,主要包括初始化、溫度計(jì)算、溫度顯示三部分組成。DS18B20對(duì)時(shí)序和電性參數(shù)的要求很高，主CPU經(jīng)過(guò)單總線接口訪問(wèn)DS18B20的工作流程必須要遵守嚴(yán)格的操作順序：首先，對(duì)DS18B20進(jìn)行初始化；其次，發(fā)送ROM命令；再則，發(fā)送

63、功能命令。程序主流程如圖11所示。源程序見(jiàn)附錄。</p><p>　　圖11 測(cè)溫主流程框圖</p><p>　　3.2 MATLAB程序設(shè)計(jì)</p><p>　　MATLAB是由美國(guó)mathworks公司開發(fā)的面向理論分析研究和工程設(shè)計(jì)處理的一套具有強(qiáng)大功能的軟件系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門，MATLAB被認(rèn)作進(jìn)行高效研究、開發(fā)的首選軟件工具。其編程語(yǔ)法規(guī)則與

64、一般的結(jié)構(gòu)化編程語(yǔ)言大同小異，而且使用更方便，具有一般編程基礎(chǔ)的用戶都可以很快熟練掌握。MATLAB具有超強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力,被廣泛的應(yīng)用于信號(hào)處理、自動(dòng)控制等領(lǐng)域,</p><p>　　而且它的圖形用戶界面編程技術(shù)(GUIDE)簡(jiǎn)單易學(xué),即使非專業(yè)人員也能編制出界面友好、功能強(qiáng)大的應(yīng)用程序。對(duì)于一般的微轉(zhuǎn)換器,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集過(guò)程較為簡(jiǎn)單,但要對(duì)采集的結(jié)果進(jìn)行快速的實(shí)時(shí)處理就比較困難,因?yàn)榻^大多數(shù)MCU只提供簡(jiǎn)單的

65、8位無(wú)符號(hào)數(shù)的四則運(yùn)算指令系統(tǒng),對(duì)于有符號(hào)數(shù)的乘方、開方等運(yùn)算軟件實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難。</p><p>　　3.2.1 MATLAB串口通信技術(shù)</p><p>　　對(duì)于WINDOWS系統(tǒng)而言,硬件系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序有著十分嚴(yán)格的規(guī)范,可以用C或匯編語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā),而MATLAB本身是一個(gè)跨平臺(tái)的軟件,并不具備直接訪問(wèn)硬件的能力。即使安裝了驅(qū)動(dòng)程序并能正常作的硬件設(shè)備,MATLAB也沒(méi)有統(tǒng)一的形式

66、對(duì)其進(jìn)行訪問(wèn)。對(duì)于系統(tǒng)的串口,在MATLAB6.X中以類(SERIAL)的形式提供了支持。當(dāng)用指令建立了一個(gè)串口對(duì)象(句柄)以后,對(duì)串口的硬件操作可以文件操作的軟件形式來(lái)完成,方法比較簡(jiǎn)單。</p><p>　　在MATLAB中的設(shè)備控制工具條(INSTRUMENT CONTR0L T00LB0X)用來(lái)負(fù)責(zé)上、下位機(jī)之間的通信。該設(shè)備控制工具箱的特色如下：</p><p>　　1)支持基于

67、串行接口(RS-232、RS-422、RS-485)、GPIB總線(IEEE2488、HPIB標(biāo)準(zhǔn))、VISA總線的通信;</p><p>　　2)通信數(shù)據(jù)支持二進(jìn)制和文本(ASCII)兩種方式，文本方式支持SCPI(Standard Commands for ProgrammableInstruments)語(yǔ)言；</p><p>　　3)支持異步通信和同步通信；</p>&

68、lt;p>　　4)支持基于事件驅(qū)動(dòng)的通信。</p><p>　　從以上Matlab設(shè)備控制工具箱的特點(diǎn)可以看到，Matlab完全可以滿足我們實(shí)現(xiàn)串行通信的要求。</p><p>　　Matlab對(duì)串行口的編程控制主要分為四個(gè)步驟。</p><p>　　1)創(chuàng)建串口設(shè)備對(duì)象并設(shè)置其屬性。</p><p>　　com=serial('

69、;com1');%創(chuàng)建串口1的設(shè)備對(duì)象com1</p><p>　　com.Terminator='CR';%設(shè)置終止符為CR(回車符)，缺省為L(zhǎng)F(換行符)</p><p>　　com.InputBufferSize=1024;%輸入緩沖區(qū)為256B，缺省值為512B</p><p>　　com.OutputBufferSize=1024;

70、%輸出緩沖區(qū)為256B，缺省值為512B</p><p>　　com.Timeout=0.5;%設(shè)置一次讀或?qū)懖僮鞯淖畲笸瓿蓵r(shí)間為0.5s，缺省值為10s</p><p>　　s.ReadAsyncMode='continuous'(缺省方式);%在異步通信模式方式下，讀取串口數(shù)據(jù)采用連續(xù)接收數(shù)據(jù)(continuous)的缺省方式，那么下位機(jī)返回的數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)地存入輸入緩沖區(qū)

71、中。</p><p>　　注意：有些屬性只有在對(duì)象沒(méi)有被打開時(shí)才能改變其值，如InputBufferSize、OutputBufferSize屬性等。對(duì)于一個(gè)RS-232/RS-422/RS-485串口設(shè)備對(duì)象，其屬性的缺省值為波特率9600b/s，異步方式，通信數(shù)據(jù)格式為8位數(shù)據(jù)位，無(wú)奇偶校驗(yàn)位，1位停止位。如果要設(shè)置的串口設(shè)備對(duì)象的屬性值與缺省值的屬性值相同，用戶可以不用另行設(shè)置。</p>&l

72、t;p>　　另外，設(shè)置串口設(shè)備對(duì)象的屬性也可以用一條指令完成，如：com=serial('COM1'，'BaudRate'，38400，'Parity'，'none'，'DataBits'，8，'StopBits'，1)。也可以用set命令，如set(com，'BaudRate'，19200，'Parity

73、9;，'even')。創(chuàng)建了對(duì)象后可以在Matlab命令窗口直接敲對(duì)象名并回車，看到其基本屬性和當(dāng)前狀態(tài)。若需要知道其全部的屬性，可以用get(scom)命令。</p><p>　　2)打開串口設(shè)備對(duì)象。</p><p>　　fopen(com);</p><p>　　3)讀寫串口操作。初始化并打開串口設(shè)備對(duì)象之后，現(xiàn)在可以對(duì)串口設(shè)備對(duì)象進(jìn)行讀寫操作

74、，串口的讀寫操作支持二進(jìn)制和文本(ASCII)兩種方式。當(dāng)Matlab通信數(shù)據(jù)采用文本(ASCII)方式時(shí)，讀寫串口設(shè)備的命令分別是fscanf、fpritf；當(dāng)Matlab通信數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制方式時(shí)，讀寫串口設(shè)備的命令分別是fread、fwrite。下面以文本方式讀寫串口為例：</p><p>　　a.讀串口。A=fscanf(com1，'%d'，[10，100];%從串口設(shè)備對(duì)象com1中讀入1

75、0*100個(gè)數(shù)據(jù)填充到數(shù)組A[10，100]中，并以整型的數(shù)據(jù)格式存放。</p><p>　　b.寫串口。fprintf(com1，'%s'，'RS232?'，’async’);%將字符串’RS232?’以字符的數(shù)據(jù)格式寫入到串口設(shè)備com1，寫操作以異步的方式進(jìn)行。</p><p>　　4)關(guān)閉并清除設(shè)備對(duì)象。</p><p>　　

76、fclose(com);%關(guān)閉串口設(shè)備對(duì)象</p><p>　　delete(com);%刪除內(nèi)存中的串口設(shè)備對(duì)象</p><p>　　clear com;%清除工作空間中的串口設(shè)備對(duì)象</p><p>　　當(dāng)不再使用該串口設(shè)備對(duì)象時(shí)，順序使用以上3條命令，可以將所創(chuàng)建的串口設(shè)備對(duì)象清除，以免占用系統(tǒng)資源。</p><p>　　可以看出，在M

77、atlab中進(jìn)行串行通信是十分方便的，編程較為簡(jiǎn)單。而且，在Matlab中串行通信的失誤率很低，通信較為可靠，也可以采用增加握手信號(hào)以及數(shù)據(jù)校驗(yàn)等的方式進(jìn)一步增加通信的可靠性。</p><p>　　INSTRUMENT C0NTR0L T00LB0X包括兩大部件：M文件函數(shù)和接口驅(qū)動(dòng)適配器。這兩部件提供了MATLAB與外設(shè)的通訊功能。</p><p>　　MATLAB的兩大部件提供一條外設(shè)

78、與MATLAB之問(wèn)的交互通道，使用戶與外設(shè)之間進(jìn)行信息獲取和傳送。同許多高級(jí)語(yǔ)言一樣，MATLAB通過(guò)調(diào)用M文件函數(shù)來(lái)創(chuàng)建設(shè)備對(duì)象，得到設(shè)備的文件句柄，而設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序作為操作系統(tǒng)中直接控制硬件的模塊，是鏈接操作系統(tǒng)內(nèi)核與系統(tǒng)外部設(shè)備I/0操作的關(guān)鍵模塊。它將具體的硬件細(xì)節(jié)隱藏實(shí)現(xiàn)對(duì)外設(shè)操作的透明，因此MATLAB可以象操作文件一樣實(shí)現(xiàn)對(duì)外設(shè)的讀、寫操作。同時(shí)MATIAB支持二進(jìn)制和文本(ASCII) 兩種串行通信方式,支持異步通信和同步

79、通信；支持查詢和基于事件驅(qū)動(dòng)的兩種串行通信方式。</p><p>　　3.2.2 MATLAB GUI介紹</p><p>　　圖形用戶界面(graphical user interface,GUI)是由窗口、光標(biāo)、按鍵、菜單、文字說(shuō)明等對(duì)象(Object)構(gòu)成的一個(gè)用戶界面。用戶通過(guò)一定的方法(如鼠標(biāo)或鍵盤)選擇、激活這些圖形對(duì)象,使計(jì)算機(jī)產(chǎn)生某種動(dòng)作或變化,比如實(shí)現(xiàn)計(jì)算、繪圖等。假如科

80、技工作者僅僅執(zhí)行數(shù)據(jù)分析、解方程等工作,一般不會(huì)考慮GUI的制作。但是如果想向客戶提供應(yīng)用程序,想進(jìn)行某種技術(shù)、方法的演示,想制作一個(gè)供反復(fù)使用且操作簡(jiǎn)單的專用工具,那么圖形用戶界面是最好的選擇之一。</p><p>　　Matlab為表現(xiàn)其基本功能而設(shè)計(jì)的演示程序demo是使用圖形界面的最好范例。Matlab的用戶在指令窗口中運(yùn)行demo打開圖形界面后,只要用鼠標(biāo)進(jìn)行選擇和點(diǎn)擊,就可瀏覽豐富多彩的內(nèi)容。<

81、/p><p>　　開發(fā)實(shí)際的應(yīng)用程序時(shí)應(yīng)該盡量保持程序的界面友好,因?yàn)槌绦蚪缑媸菓?yīng)用程序和用戶進(jìn)行交互的環(huán)境。在當(dāng)前情況下,使用圖形用戶界面是最常用的方法。提供圖形用戶界面可使用戶更方便地使用應(yīng)用程序,不需要了解應(yīng)用程序怎樣執(zhí)行各種命令,只需要了解圖形界面組件的使用方法;同時(shí),不需要了解各種命令是如何執(zhí)行的,只要通過(guò)用戶界面進(jìn)行交互操作就可以正確執(zhí)行程序。</p><p>　　在Matlab中

82、,圖形用戶界面是一種包含多種圖形對(duì)象的界面,典型的圖形界面包括圖形顯示區(qū)域、功能按鈕空間以及用戶自定義的功能菜單等。為了讓界面實(shí)現(xiàn)各種功能,需要對(duì)各個(gè)圖形對(duì)象進(jìn)行布局和時(shí)間編程。這樣,當(dāng)用戶激活對(duì)應(yīng)的GUI對(duì)象時(shí),就能執(zhí)行相應(yīng)的時(shí)間行為。最后,必須保存和發(fā)布自己創(chuàng)建的GUI,使得用戶可以應(yīng)用GUI對(duì)象。</p><p>　　在Matlab中,所有對(duì)象都可以使用M文件進(jìn)行編寫。GUI也是一種Matlab對(duì)象,因此,

83、可以使用M文件來(lái)創(chuàng)建GUI。使用M文件創(chuàng)建GUI的方法也是最基礎(chǔ)的,使用其他方法創(chuàng)建GUI圖形界面時(shí),實(shí)現(xiàn)圖形控件的各種功能時(shí),也需要編寫相應(yīng)的程序代碼。</p><p>　　除了使用M文件來(lái)創(chuàng)建GUI對(duì)象之外,Matlab還為用戶開發(fā)圖形界面提供了一個(gè)方便高效的集成開發(fā)環(huán)境:Matlab圖形用戶界面開發(fā)環(huán)境(matlab graphical user interface development environm

84、ent)簡(jiǎn)稱GUIDE,其主要是一個(gè)界面設(shè)計(jì)工具集。Matlab將所有GUI所支持的用戶控件都集成起來(lái),同時(shí)提供界面外觀、屬性和行為響應(yīng)方法的設(shè)置方法。除了可以使用GUIDE創(chuàng)建GUI之外,還可以將設(shè)計(jì)好的GUI界面保存為一個(gè)FIG資源文件,自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)的M文件。該M文件包含了GUI初始化代碼和組建界面布局的控制代碼。</p><p>　　使用GUIDE創(chuàng)建GUI對(duì)象執(zhí)行效率高,可以交互式地進(jìn)行組件布局,還能生成

85、保存和發(fā)布GUI的對(duì)應(yīng)文件。</p><p>　　FIG文件:該文件包含GUI圖形窗口及其子對(duì)象的完全描述,包含所有相關(guān)對(duì)象的屬性信息,可以調(diào)用hgsave命令或者使用M文件編輯器的File>Save命令生成該文件。FIG文件是一個(gè)二進(jìn)制文件,包含系列化的圖形窗口對(duì)象。所有對(duì)象的屬性都是用戶創(chuàng)建圖形窗口時(shí)保存的屬性。該文件最主要的功能是對(duì)象句柄的保存。</p><p>　　M文件:該

86、文件包含GUI設(shè)計(jì)、控制函數(shù)及控件的回調(diào)函數(shù),主要用來(lái)控制GUI展開時(shí)的各種特征。該文件基本上可以分為GUI初始化和回調(diào)函數(shù)2個(gè)部分,控件的回調(diào)函數(shù)根據(jù)用戶與GUI的具體交互行為分別調(diào)用。應(yīng)用程序M文件使用open-fig命令來(lái)顯示GUI對(duì)象,但是該文件不包含用戶界面設(shè)計(jì)的代碼,對(duì)應(yīng)代碼由FIG文件保存。</p><p>　　3.2.3 GUI界面設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.3.1

87、GUI程序設(shè)計(jì)</p><p>　　h0=figure('toolbar','none',...</p><p>　　'position',[198 56 408 468],...</p><p>　　'name','溫度檢測(cè)系統(tǒng)溫度曲線（周宇鋒）');</p><p

88、>　　h1=axes('parent',h0,...</p><p>　　'position',[0.15 0.45 0.7 0.5],...</p><p>　　'visible','on');</p><p>　　in=input('輸入接收數(shù)據(jù)數(shù)目：');</p>

89、<p>　　n=0;s=zeros(1,in);</p><p>　　for i=1:in</p><p>　　obj1=serial('COM1');</p><p>　　fopen(obj1);</p><p>　　fwrite(obj1, '0');</p><p>

90、　　num=0;tem=0;</p><p><b>　　n=n+1;</b></p><p><b>　　for i=1:3</b></p><p>　　data(i)= fread(obj1, 1);</p><p>　　data(1)=data(1)*0.1;%小數(shù)顯示出錯(cuò)</p>

91、<p>　　data(2)=data(2)*1;</p><p>　　data(3)=data(3)*10;</p><p>　　tem=data(1)+data(2)+data(3);</p><p><b>　　end</b></p><p>　　s(n)=s(n)+tem;</p>&l

92、t;p>　　fclose(obj1);</p><p>　　delete(obj1);</p><p>　　clear obj;</p><p><b>　　end</b></p><p>　　hueidiao=['plot(1:in,s)',...</p><p><

93、b>　　];</b></p><p>　　k1=uicontrol('parent',h0,...</p><p>　　'style','pushbutton',...</p><p>　　'position',[80 100 50 30],...</p><p&g

94、t;　　'string','開始',...</p><p>　　'callback',hueidiao);</p><p>　　k3=uicontrol('parent',h0,...</p><p>　　'style','pushbutton',...</p>

95、;<p>　　'position',[280 100 50 30],...</p><p>　　'string','關(guān)閉',...</p><p>　　'callback','close');</p><p>　　3.2.3.2 GUI界面</p><p

96、>　　將上面的程序輸入命令窗口就可出現(xiàn)相應(yīng)的畫面，生產(chǎn)的GUI界面如圖12</p><p>　　圖12 GUI界面</p><p><b>　　4 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)的先后分三個(gè)階段對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。首先設(shè)計(jì)下位機(jī)：?jiǎn)纹瑱C(jī)和DS18B20組成的溫度測(cè)量系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)好程序和電路后，調(diào)試可以達(dá)到預(yù)期的效果，

97、溫度可以顯示出來(lái)。下位機(jī)調(diào)好以后，調(diào)試MATLAB和串口的通信，通過(guò)MATLAB設(shè)備控制箱里的serial類和串口調(diào)試軟件實(shí)現(xiàn)串口的通信。最后是系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，通過(guò)MATLAB來(lái)控制下位機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度的采集，并且在GUI界面中將溫度曲線繪制出來(lái)?？傮w來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)的結(jié)果達(dá)到了目的，在一些細(xì)節(jié)方面還需要改進(jìn)。</p><p><b>　　4.1下位機(jī)調(diào)試</b></p><p>　　

98、調(diào)試的目的主要是看能否將溫度顯示出來(lái)。將寫好的程序?qū)?，運(yùn)行。數(shù)碼管顯示實(shí)時(shí)的溫度。源程序見(jiàn)附錄。溫度顯示如圖13所示。</p><p><b>　　4.2 串口調(diào)試</b></p><p>　　串口是上位機(jī)和下位機(jī)通信的橋梁，如果串口不通，設(shè)計(jì)就不能成功。在串口調(diào)試軟件里發(fā)命令，將溫度通過(guò)開發(fā)板上的RS232讀入串口調(diào)試軟件的界面里。調(diào)試界面如圖14所示。</

99、p><p><b>　　4.3 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)</b></p><p>　　下位機(jī)和串口都調(diào)試好以后，打開MATLAB軟件，在MATLAB設(shè)備控制工具箱里調(diào)試，將溫度顯示在GUI界面里。至此，整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)就算設(shè)計(jì)好了。MATLAB調(diào)試的結(jié)果如圖15，GUI界面設(shè)計(jì)的溫度曲線見(jiàn)圖16</p><p>　　圖13 下位機(jī)調(diào)試結(jié)果顯示</p>