畢業(yè)設(shè)計(jì)----基于單片機(jī)蓄電池溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　編號(hào) </b></p><p><b>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　基于單片機(jī)的蓄電池溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</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(cè)系統(tǒng)，一般選用的是模擬式溫度傳感器。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行多點(diǎn)溫度測(cè)量時(shí)，所用模擬溫度傳感器增多，使系統(tǒng)變得復(fù)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(fù)雜及抗干擾能力差的弊病，降低了對(duì)系統(tǒng)的要求。本系統(tǒng)采用

3、ATMEL89S51單片機(jī)和AD7416數(shù)字溫度傳感器能夠快速有效地實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度測(cè)量，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，當(dāng)測(cè)控對(duì)象越多越顯示其優(yōu)越性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：溫度檢測(cè) 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?jī)?nèi)容及意義2</p><p>　　第二章 溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的模塊組成3</p><p>　　2.1溫度檢測(cè)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(shí)現(xiàn)方式選擇3</p><p>　　第三章 溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模塊電路設(shè)計(jì)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(shí)序8</p><p>　　3.1.5溫度采集模塊與51單片機(jī)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(cè)量模塊設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.4.1 ADC0809簡(jiǎn)介15</p><p>　　3.4.2電壓測(cè)量模塊的電路圖。16</

11、p><p>　　3.5 報(bào)警電路設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.6 溫度監(jiān)測(cè)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(jì)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(jì)21</p><p>　　4.3報(bào)警模塊程

12、序設(shè)計(jì)22</p><p><b>　　結(jié)論23</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)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(gè)固體電池串并聯(lián)組成。當(dāng)電池溫度過高時(shí)勢(shì)必影響到電池的工作效率和壽命,因此對(duì)電池的工作溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的溫度監(jiān)控具有

14、實(shí)際意義!但是，由于蓄電池的運(yùn)行狀況或真實(shí)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(xiǎn)繩的蓄電池在關(guān)鍵時(shí)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(rèn)識(shí)客觀世界、探索自然規(guī)律和進(jìn)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(xué)領(lǐng)域中，離不開先進(jìn)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(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)、通信、圖像顯示、自動(dòng)控制理論為共性關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。</p><p>　　19世紀(jì)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(cè)儀器、儀表來定量地加以驗(yàn)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(cè)溫表等

16、磁電式模擬儀器儀表。20世紀(jì)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(hào)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(cè)量中獲得了成功的應(yīng)用。20世紀(jì)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(jì)、記憶示波器等。這類儀器儀表的

17、特點(diǎn)是將模擬信號(hào)的測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的測(cè)量，并以數(shù)字方式顯示和輸出測(cè)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(jì)算機(jī)處理。</p><p>　　隨著單片機(jī)的問世，20世紀(jì)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(cè)量任務(wù)，還能進(jìn)行各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，且能適應(yīng)被測(cè)參數(shù)的變化，進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，自動(dòng)選擇量程、自動(dòng)校準(zhǔn)、自尋故障、自動(dòng)進(jìn)行指標(biāo)判斷與分選以及進(jìn)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(jī)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(cè)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(gè)部分組成，當(dāng)將這三個(gè)位于不同地理位置的部分由網(wǎng)絡(luò)連接起來完成測(cè)試任務(wù)的時(shí)候，就可以形成網(wǎng)絡(luò)化儀器。在網(wǎng)絡(luò)化儀器中，被測(cè)對(duì)象可通過測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，將測(cè)得的數(shù)據(jù)或信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給異地的微機(jī)化儀

19、器去分析處理，分析后的結(jié)果又可被執(zhí)行機(jī)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(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。這里，測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的總功能將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于系統(tǒng)中各獨(dú)立個(gè)體儀器的功能之和。溫度采集系統(tǒng)作為其中的一項(xiàng)，也獲得了巨大的發(fā)展。</p><p>　　1.3系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容及意義</p><p>　　為了解決這方面的問題，結(jié)合理論實(shí)際，本設(shè)計(jì)考慮使用單片機(jī)作為主控核心。設(shè)計(jì)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)蓄電池進(jìn)行

20、安全監(jiān)測(cè)。單片機(jī)以其功能強(qiáng)、體積小、使用方便、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)時(shí)控制、自動(dòng)測(cè)試、智能儀表、計(jì)算機(jī)終端、遙測(cè)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(cè)量。</p><p>　　2、兩路直流電壓和兩路220V交流電壓測(cè)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(dòng)報(bào)警功能。</p><p>　　第二章 溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的模塊組成</p><p>　　2.1溫度檢測(cè)系統(tǒng)的基本構(gòu)成 </p><p>　　溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)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(shí)現(xiàn)，微處理器模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，微處理器選用89S51系列單片機(jī)，該處理器具有運(yùn)用靈活、高速、低功耗的優(yōu)點(diǎn)。</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(dú)立式鍵盤輸入。</p><p>　　溫度檢測(cè)系統(tǒng)

23、報(bào)警模塊。采用揚(yáng)聲器報(bào)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(jì)方案如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體方案框圖。</p><p><b>　　2.3實(shí)現(xiàn)方式選擇</b></p><p

24、>　　實(shí)現(xiàn)以上功能的前提條件是建立一個(gè)基本的硬件平臺(tái),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(jìn)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(jī)系統(tǒng)前向通道的設(shè)計(jì)模式,溫度傳感器可根據(jù)精度要求和測(cè)量范圍(有時(shí)可達(dá)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(hào)輸出并且容易受到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的干擾。因此如何提高信號(hào)增益和抗干擾是前向通道設(shè)計(jì)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(dāng)然,當(dāng)精度要求不高時(shí),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(jiǎn)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(dāng)測(cè)量精度大于0.5%,測(cè)量范圍在零下數(shù)十?dāng)z氏度至一百多攝氏度時(shí),比較簡(jiǎn)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(hào)放大、零點(diǎn)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(dāng)整個(gè)系統(tǒng)確定了關(guān)鍵的溫度傳感器后,其他功能的實(shí)現(xiàn)可以根據(jù)實(shí)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(fù)載功率大小選用繼電器或可控硅。</p><p>　　第三章 溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模塊電路設(shè)計(jì)</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(guó)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(hào)，以便和用戶設(shè)置的溫度點(diǎn)進(jìn)行比較。AD7416片內(nèi)寄存器可以進(jìn)行高低溫度門限的設(shè)置，當(dāng)溫度超過設(shè)置門限時(shí)

29、，過溫漏極開路指示器（OTI）將輸出有效信號(hào)。另外，可以AD7416內(nèi)部寄存器可以進(jìn)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(cè)，工業(yè)過程控制，電池充電以及個(gè)人計(jì)算機(jī)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(cè)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(shí)間為15～30μs，更新速率為400μs；<

31、/p><p>　　帶有過溫漏級(jí)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(yù)先設(shè)置的工作方式對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)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(yù)先設(shè)置的工作方式分兩種：</p><p>　　自動(dòng)測(cè)溫方式。在這種方式下，AD7416每隔400μs對(duì)環(huán)境溫度測(cè)量一次，每次的量化轉(zhuǎn)換時(shí)間為15～30μs，其余時(shí)間芯片則自動(dòng)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(cè)溫頻率較低的場(chǎng)合。當(dāng)用戶需要對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可通過I2C串行接口總線來寫入操作命令，此時(shí)，芯片將由休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)入測(cè)溫狀態(tài)。當(dāng)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(duì)長(zhǎng)度，以防止測(cè)溫系統(tǒng)在受到干擾時(shí)錯(cuò)誤地觸發(fā)過溫指示器（OTI），故障排隊(duì)長(zhǎng)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(dāng)環(huán)境溫度超過TOTI時(shí)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(dāng)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(dòng)測(cè)溫方式，1表示采用低功耗方式。</p><p>　　THYST溫度點(diǎn)寄存器（地址02H）和TOTI溫度點(diǎn)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(diǎn)的門限值，所設(shè)數(shù)值以二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式存入高9位，其余位置0。</p><p>　　HYST溫度點(diǎn)寄存器（地址02H）和TOTI溫度點(diǎn)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(diǎn)的門限值，所設(shè)數(shù)值以二進(jìn)制補(bǔ)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(shí)序</p><p>　　AD7416采用I2C串行總線和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議來實(shí)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(shí)鐘信號(hào)線SCL與總線相連。其傳輸時(shí)序如圖3。3所示。當(dāng)SCL保持高電平時(shí)，SDA從高電平到低電平的跳變?yōu)閿?shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始信號(hào)，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(gè)串行總線上。讀/寫控制位為1時(shí)，表示對(duì)AD74

40、16進(jìn)行讀操作，為0時(shí)，則表示進(jìn)行寫操作。當(dāng)每個(gè)字節(jié)傳送結(jié)束時(shí)，必須在收到接收數(shù)據(jù)一方的確認(rèn)信號(hào)（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(dāng)SDA從低電平跳變到高電平時(shí)將終止數(shù)據(jù)的傳輸操作。</p><p>　　圖3. 3 AD7416工作時(shí)序圖</p><p>　　3.1.5溫度采集模塊與51單片機(jī)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(chǔ)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(jī)的管腳如圖3.5所示。</p><p>　　在實(shí)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(cè)物體緊密接觸；由于芯片自耗電的存在，AD7416工作時(shí)的自身溫升約為0.2，所以在精確測(cè)溫時(shí)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(jìn)行片內(nèi)數(shù)據(jù)的讀出和寫入。</p>

43、<p>　　在實(shí)際電路系統(tǒng)運(yùn)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(shí)可以采用普通I/O口模擬I2C總線的工作方式來實(shí)現(xiàn)I2C總線上主控制器對(duì)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(shí)序要求即可。對(duì)于I2C總線器件而言都可以采用通用軟件包的形式來實(shí)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(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的廉價(jià)輸出設(shè)備，它由若干個(gè)發(fā)光二極管組成。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫發(fā)光。控制相應(yīng)的二極管導(dǎo)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(jiǎn)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(jī)中經(jīng)常使用7 段LED 來顯示數(shù)字，也就是用7 個(gè)LED 構(gòu)成字型“8”，并另外用一個(gè)圓點(diǎn)LED 來顯示小數(shù)點(diǎn)，也就是說一共有8 個(gè)LED，構(gòu)成了“8?！钡淖中?。如圖3.2.1所示。7 段LED 分共陰級(jí)和共陽極兩種。實(shí)際中，各個(gè)型號(hào)的7 段LED 的管腳配置可能不會(huì)是一樣的，在實(shí)際應(yīng)用中要先測(cè)試一下各個(gè)管腳的配置，再進(jìn)行電

46、路原理圖的設(shè)計(jì)。</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(gè)7段LED 由8 個(gè)發(fā)光二極管組成，其中7 個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字型“8”的各個(gè)筆劃（a～g），另一個(gè)發(fā)光二極管為小數(shù)點(diǎn)（dp）。當(dāng)在某一段發(fā)光二極

47、管上施加一定的正向電壓時(shí)，該段LED 即被點(diǎn)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(hào)，就能顯示出來。為了保護(hù)各段LED 不因電流過大而損壞，需在各個(gè)段上外加限流電阻保護(hù)。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(dòng)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(dāng)顯示器顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)段的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止。例如，七段顯示器的a、b、c、d、e、f段導(dǎo)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(gè)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(kuò)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(diǎn)是顯示穩(wěn)定，在發(fā)光二極管導(dǎo)通電流一定的情況下顯示器的亮度高，控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，僅僅在需要更新顯示內(nèi)容時(shí)，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(shí)間，提高了CPU的工作效率；缺點(diǎn)是位數(shù)較多時(shí)，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、——?jiǎng)討B(tài)顯示方式。</p><p><b>　　2、動(dòng)態(tài)顯示器</b></p><p>　　所謂動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器（掃描），對(duì)于顯示器的每一位而言，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。雖然在同一時(shí)刻只有一位顯示器在工作（點(diǎn)亮），但利用人眼的視覺暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管熄滅時(shí)的余輝效應(yīng)，看到的卻是多個(gè)字符“同時(shí)”顯示。顯示器亮度既與點(diǎn)亮?xí)r的導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間

51、和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可實(shí)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(gè)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(gè)8位口（稱為數(shù)據(jù)口或字形口）。</p><p>　　動(dòng)態(tài)顯示器的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省硬件資源，成本較低。但在控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中，要保證顯示器正常顯示，CPU必需每隔一段時(shí)間執(zhí)行一次顯示子程序，占用CPU大量時(shí)間，降低了CP

52、U的工作效率，同時(shí)顯示亮度較靜態(tài)顯示器低。</p><p>　　LED數(shù)碼管的g~a七個(gè)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(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P0.0/AD0－P0.7/AD7用8芯排線連接到“動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的a－h(huán)端口上； 把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P2.0/A8－P2.7/A15用8芯排線連接到“動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的S1－S8端口上； 把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P1.7端口用導(dǎo)線連接到“獨(dú)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(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，操作員可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)通信。若鍵盤閉合鍵的識(shí)別是由專用硬件實(shí)現(xiàn)的，則稱為編碼鍵盤；若用軟件實(shí)現(xiàn)閉合鍵識(shí)別的，則稱為非編碼鍵盤。非編碼鍵盤又分為行列式和獨(dú)立式兩種。本系統(tǒng)由于對(duì)輸入數(shù)據(jù)要求單一，所以采用獨(dú)立式鍵盤。<

55、/p><p>　　一個(gè)具有4個(gè)按鍵的獨(dú)立式鍵盤，每一個(gè)按鍵的一端都接地，另一端接單片機(jī)的I/O口。獨(dú)立式鍵盤每一按鍵都需要一根I/O線，占用單片機(jī)的硬件資源較多。因此獨(dú)立式鍵盤只適合按鍵較少的場(chǎng)合。</p><p>　　一般情況下，鍵盤采用機(jī)械彈性開關(guān)來反映一個(gè)電壓信號(hào)的開斷。由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，在閉合和斷開的瞬間會(huì)有抖動(dòng)產(chǎn)生。抖動(dòng)時(shí)間扥長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般在5~10ms之間。為

56、確保按鍵不產(chǎn)生誤動(dòng)作，在編寫按鍵處理程序中必須有防抖動(dòng)措施。防抖動(dòng)措施有硬件和軟件兩種方法。硬件防抖動(dòng)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(duì)按鍵操作過程比較嚴(yán)格的場(chǎng)合。采用硬件防抖將導(dǎo)致系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)進(jìn)一步復(fù)雜化，故本系統(tǒng)采用軟件防抖，它的工作原理是：當(dāng)軟件檢測(cè)到第一次按鍵按下時(shí)，執(zhí)行一個(gè)10～20ms的軟件延時(shí)程序，之后再檢測(cè)該鍵電平是否仍維持在閉合狀態(tài)，若仍然保持，則確認(rèn)此鍵是真正按下，從而消除了抖動(dòng)的影響

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

58、C0809</p><p>　　3.4.1 ADC0809簡(jiǎn)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(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A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)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(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)。IN0－IN7：8條模擬量輸入通道。 ADC0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是0－5V，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。 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線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C

60、三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)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(dòng)信號(hào)。當(dāng)ST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，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)E

61、OC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)，用于控制三條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)。D7－D0為數(shù)字量輸出線。 CLK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(cè)量模塊的電路圖。</p><p>　　圖3.9 電壓測(cè)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(dǎo)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(dǎo)線連接到“單片機(jī)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(dǎo)線連接到“單片機(jī)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(dǎo)線連接到“單片機(jī)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(dǎo)線連接到“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.2端子上。</p><p>　　3.5 報(bào)警電路設(shè)計(jì)</p><p>　　當(dāng)檢測(cè)溫度超出預(yù)先設(shè)定的溫度限值時(shí)，本系統(tǒng)采用揚(yáng)聲器報(bào)警。</p><p>　　生活中我們常常到各種各樣的報(bào)警聲，例如“嘀、

64、嘀、…”就是常見的一種聲音報(bào)警聲，但對(duì)于這種報(bào)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(bào)警聲時(shí)序圖如圖3.10所示。 </p><p>　　圖3.10 報(bào)警聲時(shí)序圖</p><p>　　上述波形信號(hào)如何用單片機(jī)來產(chǎn)生呢？ </p><p>　　由于要產(chǎn)生上面的信號(hào)，我們把上面的信號(hào)分成兩部分，一部分為1KHZ方波，占用時(shí)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(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0作為定時(shí)，可以定時(shí)0.2秒；同時(shí)，也要用單片機(jī)產(chǎn)生1KHZ的方波，對(duì)于1KHZ的方波信號(hào)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(shí)器T0來完成0.5ms的定時(shí)；最后，可以選定定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0的定時(shí)時(shí)間為0.5ms，而要定時(shí)0.2秒則是0.5ms的400倍，也就是說以0.5ms定時(shí)400次就達(dá)到0.2秒的定時(shí)時(shí)間了。 </p

66、><p>　　如圖3.11把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P1.0端口用導(dǎo)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(gè)8歐或者是16歐的喇叭。</p><p>　　圖3.11 報(bào)警電路硬件電路圖</p><p>　　3.6 溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體電路圖</p><p>　　圖3.12 溫度監(jiān)

67、測(cè)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(bào)警模塊可直接跨接在單片機(jī)模塊上，即接在P1.0口。電壓測(cè)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(jì)</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(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及外圍接口芯片初始化；然后通過讀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(yùn)行當(dāng)中可隨時(shí)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(chǔ)芯片中。當(dāng)測(cè)量的溫度值超過預(yù)先設(shè)定的門限值時(shí)，則調(diào)用后向通道控制子程序啟動(dòng)繼電

69、器以打開各種負(fù)載。主程序，實(shí)際是一個(gè)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(jì)</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(gè)鍵，采用獨(dú)立式鍵盤方

70、式。</p><p>　　4.3報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì)</p><p>　　報(bào)警模塊程序流程圖如圖4.3所示。</p><p>　　圖4.3 報(bào)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(bào)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(jì)中應(yīng)該注意的幾個(gè)問題</p><p>　　當(dāng)AD7416直接焊在電路板時(shí)，測(cè)量的溫度值為室溫；在測(cè)量電池表面的溫度時(shí)，應(yīng)將AD7416緊貼電池表面。</p><p>　　對(duì)于零攝氏度以下的溫度值，程序中沒有對(duì)BCD碼符號(hào)位進(jìn)行處理，實(shí)際應(yīng)用中若要對(duì)負(fù)溫度值進(jìn)行測(cè)量，還需進(jìn)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(jìn)行轉(zhuǎn)換）</p><p>　　電路后向通道才采用12V電磁繼電器，所帶負(fù)載功率有限，如果要驅(qū)動(dòng)大功率的負(fù)載，最好選用固態(tài)繼電器。</p><p>　　由于總線驅(qū)動(dòng)能力限制，AD7416與控制板的引線不可過長(zhǎng)，當(dāng)需要測(cè)量數(shù)百米距離以外的物體人溫度時(shí)，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(dǎo)下，本

73、人對(duì)模擬、數(shù)字電路以及單片機(jī)知識(shí)有了更一步的了解，也提高了動(dòng)手能力，開拓了設(shè)計(jì)思路。</p><p>　　在設(shè)計(jì)過程中，遇到很多困難，暴露了學(xué)習(xí)中的不足！任何一項(xiàng)研究都需要豐富，及時(shí)的第一手材料準(zhǔn)備！需要深厚的理論積淀，同時(shí)需要團(tuán)結(jié)合作，從別人那里汲取先進(jìn)的研究方法和寶貴的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。此次設(shè)計(jì)得出的心得體會(huì)將會(huì)繼續(xù)指導(dǎo)我的學(xué)習(xí)！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b&g

74、t;</p><p>　　【１】Analog Devices Inc,10-Bit Digital Temperature sensors AD7416-Datasheet,1999</p><p>　　【2】李明 ，楊文昭《數(shù)字溫度傳感器AD7416及其應(yīng)用》北京特種機(jī)電研究所。 </p><p>　　【３】石東?！秵纹瑱C(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù)》【M】西安：電子科技大學(xué)出版

75、社，2002</p><p>　　【４】李華《單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)》，北京，航空航天大學(xué)出版社，1998。</p><p>　　【５】嚴(yán)天峰《單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真調(diào)試》，北京航空航天大學(xué)出版社</p><p>　　【6】倪志蓮，張怡典《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》北京理工大學(xué)出版社</p><p>　　【７】 武洪《計(jì)算機(jī)串口紅外通信接口技術(shù)》[ J]

76、 。 電子技術(shù), 2004, 7 : 45- 47。</p><p>　　【８】倪志蓮，張怡典David Bradbury《Infra-Red Remote Control and Data Transmission？ 1995，2</p><p>　　【９】 李朝情《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》北京航空航天大學(xué)出版社。2005，5</p><p>　　【１０】謝嘉奎 《

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(duì)于本篇論文的完成，首先要感謝我的導(dǎo)師，感謝他熱情的幫助和細(xì)心的指導(dǎo)。他在百忙之中對(duì)我的論文的初稿進(jìn)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(xué)期間指導(dǎo)我學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)的***老師，他們是我單片機(jī)、DSP方面的啟蒙老師，對(duì)我的指導(dǎo)和幫助必將讓我終生受益。最后還要感謝我的朋友和同學(xué)們，我的室友***等都給予無私的幫助，