畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于C8051F020車輛散熱系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)

1、密級(jí)：公開基于c8051f020車輛散熱系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)design of the cooling system parameters of vehicle detector based on c8051f020學(xué) 院：專 業(yè) 班 級(jí)：學(xué) 號(hào)：學(xué) 生 姓 名： 指 導(dǎo) 教 師： 年 月摘要車輛散熱系統(tǒng)的參數(shù)是車輛安全行駛的保障，其散熱系統(tǒng)的穩(wěn)定性也是衡量車輛先進(jìn)性的重要標(biāo)志。因?yàn)檐囕v的各個(gè)系統(tǒng)都有一定的參數(shù)范圍，當(dāng)各零件的參數(shù)都在此范圍內(nèi)時(shí)其性能指標(biāo)才最正常，所以需要很好的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)指標(biāo)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，給汽車行業(yè)以有力的保障。當(dāng)前，我國車輛系統(tǒng)的制造雖已進(jìn)入自主創(chuàng)新的發(fā)展階段，但由于客觀條

2、件的限制，無法長期準(zhǔn)確的向工程設(shè)計(jì)部門提供有效的實(shí)車實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，嚴(yán)重影響我國車輛總體技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，危害著駕駛者的人身安全。為了保證在不改變車輛現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和性能的前提下，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛散熱系統(tǒng)的參數(shù)，我制作了以單片機(jī)c8051f020作為控制核心的車輛散熱系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)儀，通過使用ds18b20溫度傳感器和mpx2100壓力傳感器，能夠準(zhǔn)確的獲得車輛散熱系統(tǒng)的參數(shù)，并采用led實(shí)時(shí)顯示測(cè)量的溫度和壓力，將其與計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件結(jié)合，能夠很好的控制參數(shù)的范圍并采用蜂鳴器來實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能起到預(yù)防作用，通過rs-485進(jìn)行異步串行通信，更好的接收參數(shù)信息。此次車輛散熱系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)，我查閱了大量的相關(guān)資料

3、，制作了較完備的原理圖，并且通過編譯、調(diào)試程序，使系統(tǒng)的性能滿足畢業(yè)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求，整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較成功。關(guān)鍵詞：c8051f020；車輛散熱系統(tǒng)；測(cè)溫；測(cè)壓abstractparameters of the vehicle cooling system is to protect the safety of vehicles traveling, the stability of its advanced cooling system is also an important indicator to measure the vehicle. because each system has

4、 a certain vehicle parameters, when the parameters of the components are within this range,its performance was the most normal, so the accuracy and stability requires good monitoring system indicators give a strong automotive industry guarantee.currently, the manufacture of vehicle systems have ente

5、red into the stage of development of independent innovation, but because of objective conditions, it is unable to provide effective long-term accurate experimental data to the real vehicle engineering and design departments, seriously affect the further development of chinas overall vehicle technolo

6、gy, hazard the drivers personal safety.in order to ensure that the vehicle does not change the premise of the existing structure and performance parameters of real-time monitoring of the vehicles cooling system, i made c8051f020 microcontroller core vehicle cooling system as the control parameter de

7、tector by using ds18b20 temperature sensors and pressure sensors mpx2100, which are able to obtain accurate parameters of the vehicles cooling system , and the use of led time display of temperature and pressure measurements will be combined with computer applications, which can be a good range of c

8、ontrol parameters to achieve using the buzzer alarm function play a preventive role via rs-485 asynchronous serial communication, better reception parameter information.in order to design the vehicle cooling system parameter monitoring , i read a lot of relevant information,making a more complete sc

9、hematic,and by compiling, debugging procedures,the system performance to meet graduation requirements designed to compare the overall system design success.keywords: c8051f020; vehicles cooling system; temperature; manometry目 錄摘 要iabstractii第1章 緒論11.1 課題研究的背景和意義11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其發(fā)展11.3 本課題主要研究的內(nèi)容11.4 本章

10、小結(jié)2第2章方案的比較和論證32.1 基于c8051f020車輛散熱系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)原則32.2 本系統(tǒng)所用元器件的選取32.2.1 壓力傳感器的選擇 32.2.2 溫度傳感器的選擇42.2.3 即時(shí)顯示器件的選擇52.2.4 通信接口的選擇62.3 總體設(shè)計(jì)思想 72.4 本章小結(jié)8第3章 車輛散熱系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)儀的硬件電路設(shè)計(jì)93.1 c8051f020單片機(jī)模塊介紹93.1.1 c8051f020單片機(jī)中斷系統(tǒng)93.1.2 c8051f020單片機(jī)復(fù)位電路103.1.3 c8051f020單片機(jī)端口輸入/輸出103.2 壓力傳感器模塊113.2.1 mpx2100半導(dǎo)體壓力傳感器的性能

11、特點(diǎn)113.2.2 差分放大電路的構(gòu)成123.2.3 壓力采集模塊與單片機(jī)的連接123.3 溫度信號(hào)采集模塊133.3.1 ds18b20的性能特點(diǎn)133.3.2 ds18b20的測(cè)溫原理143.3.3 ds18b20與單片機(jī)的連接14 3.4 ch451實(shí)現(xiàn)掃描驅(qū)動(dòng)和數(shù)碼顯示功能15 3.4.1 顯示驅(qū)動(dòng)功能163.4.2 鍵盤掃描功能17 3.5 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)183.6 本章小結(jié)18第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)194.1 系統(tǒng)主程序流程圖194.2 壓力檢測(cè)（mpx2100）子程序流程圖214.3溫度檢測(cè)（ds18b20）子程序流程圖224.4鍵盤掃描和數(shù)碼顯示流程圖234.5本章小結(jié)24第5

12、章 結(jié)論25參 考 文 獻(xiàn)26致 謝27附 錄28第一章 緒論1.1課題研究的背景和意義汽車產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)重要的支柱產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)鏈長、關(guān)聯(lián)度高、就業(yè)面廣、消費(fèi)拉動(dòng)大，在國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。隨著科技的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)汽車的需求也急劇增加，當(dāng)汽車普及率大幅度提高后，人們對(duì)汽車的消費(fèi)觀念已由奢侈品轉(zhuǎn)移為生活必需品，相對(duì)的，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求，售后服務(wù)水平也日益提高，為了能更好的讓汽車為我們的生活服務(wù)，更安全的行駛，需要保證車輛散熱系統(tǒng)的穩(wěn)定。此次課題研究的重點(diǎn)在于通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜實(shí)用的功能，充分利用了單片機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)的高敏感性、實(shí)時(shí)性、可控性和溫度傳感器與壓力傳

13、感器的準(zhǔn)確性，并使用led顯示，功能齊全且應(yīng)用方便。同時(shí)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電路簡單，成本低，可以很好的普及應(yīng)用于汽車行業(yè)。1.2國內(nèi)外研究狀況及其發(fā)展車用傳感器是汽車計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輸入裝置，在20世紀(jì)60年代，汽車上僅有機(jī)油壓力傳感器、油量傳感器和水溫傳感器，它們與儀表或指示燈連接。進(jìn)入70年代后，為了治理排放，又增加了一些傳感器來幫助控制汽車的動(dòng)力系統(tǒng)，因?yàn)橥诔霈F(xiàn)的催化轉(zhuǎn)換器、電子點(diǎn)火和燃油噴射裝置需要這些傳感器來維持一定的空燃比以控制排放。80年代后，防抱死制動(dòng)裝置和氣囊提高了汽車安全性1。如今，傳感器應(yīng)用于汽車行業(yè)可以用來測(cè)定各種流體溫度和壓力（如進(jìn)氣溫度、氣道壓力、冷卻水溫和燃油噴射壓力等），

14、但就我國汽車行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r看，由于缺乏實(shí)車試驗(yàn)測(cè)試條件，加上車輛工作環(huán)境的復(fù)雜性，使得有效的實(shí)車試驗(yàn)數(shù)據(jù)嚴(yán)重缺乏，試驗(yàn)周期長，數(shù)據(jù)可復(fù)現(xiàn)性差，無法向工程設(shè)計(jì)部門提供準(zhǔn)確有效的實(shí)車試驗(yàn)數(shù)據(jù)，嚴(yán)重影響車輛總體技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。所以從這個(gè)角度來說，我國的車輛散熱系統(tǒng)參數(shù)監(jiān)測(cè)的研究存在著一定的發(fā)展空間。1.3本課題主要研究的內(nèi)容本課題以c8051f020單片機(jī)為核心，將信息采集技術(shù)、信息存儲(chǔ)技術(shù)及信息處理技術(shù)、信息傳輸技術(shù)等相互融合，來對(duì)車輛散熱系統(tǒng)的壓力和溫度參數(shù)進(jìn)行高精度的測(cè)量，以便實(shí)時(shí)發(fā)出報(bào)警提示，在汽車行駛中提示用戶注意安全。壓力采集模塊采用的mpx2100半導(dǎo)體壓力傳感器可以把壓力轉(zhuǎn)換成毫伏

15、級(jí)的差模電壓,具有良好的線性度,它的輸出電壓與外加的壓力成精確的正比例關(guān)系，溫度采集模塊采用ds18b20對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，單片機(jī)可隨時(shí)讀取壓力和溫度數(shù)據(jù)，并通過遠(yuǎn)程異步通信設(shè)備傳輸出來，并將采集來的信息通過led實(shí)時(shí)清晰的呈現(xiàn)給用戶，以便用戶隨時(shí)了解當(dāng)前的設(shè)備工況。本設(shè)計(jì)主要做了如下幾個(gè)方面的工作：首先是確定系統(tǒng)的總體功能設(shè)計(jì)方案；其次是進(jìn)行溫度傳感器的硬件電路和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；再次是進(jìn)行壓力傳感器的硬件電路和軟件電路的設(shè)計(jì)；最后對(duì)設(shè)計(jì)的車輛散熱系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。整個(gè)系統(tǒng)最終系統(tǒng)要完成的功能如下：1) 實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛散熱系統(tǒng)壓力參數(shù)的顯示；2) 實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛散熱系統(tǒng)溫度參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示；3) 實(shí)現(xiàn)

16、通過程序設(shè)置溫度與壓力的正常范圍；4) 實(shí)現(xiàn)檢測(cè)車輛散熱系統(tǒng)參數(shù)溢出報(bào)警；5) 將采集信號(hào)通過異步通信傳輸。1.4 本章小結(jié)本章首先介紹了汽車對(duì)當(dāng)今人們生產(chǎn)、生活所帶來的影響，以及壓力傳感器和溫度傳感器的現(xiàn)狀和發(fā)展，其次對(duì)國內(nèi)外壓力傳感器和溫度傳感器的發(fā)展前景進(jìn)行了簡單陳述，最后交待本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和要求。第二章 方案的比較和論證2.1 基于c8051f020車輛散熱系統(tǒng)的參數(shù)監(jiān)測(cè)儀的設(shè)計(jì)原則(1) 設(shè)計(jì)合理。設(shè)計(jì)的檢測(cè)儀是為了能夠完成相應(yīng)的功能，所以能夠保證可以使用是所有設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)，本次設(shè)計(jì)是為了檢測(cè)車輛散熱系統(tǒng)的參數(shù)，即應(yīng)用相應(yīng)的溫度傳感器和壓力傳感器，通過驅(qū)動(dòng)和數(shù)碼管相連，進(jìn)行實(shí)時(shí)

17、檢測(cè)，并連接蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警提醒，由于檢測(cè)的是車輛內(nèi)部結(jié)構(gòu)的參數(shù)，所以需要將數(shù)據(jù)傳輸出來。整個(gè)過程的核心是c8051f020單片機(jī)，聯(lián)系著各個(gè)模塊，使整個(gè)過程趨于完整。(2) 設(shè)計(jì)方便實(shí)用。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)最終是要給用戶使用的，所以在系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)本著從使用者角度考慮操作和維護(hù)的簡潔性和靈活性，盡量使得系統(tǒng)操作簡單易懂，避免要進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，從而使系統(tǒng)有很大的實(shí)用價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)空間。所以在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)按鍵個(gè)數(shù)少功能簡單便于記憶，數(shù)碼管顯示參數(shù)更直觀易懂，報(bào)警設(shè)置更加人性化。（3）設(shè)計(jì)系統(tǒng)價(jià)格合理。設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)選擇更廉價(jià)功能更強(qiáng)大的器件，單片機(jī)的型號(hào)已經(jīng)選定，所以應(yīng)該比較選擇好各個(gè)傳感器以及驅(qū)動(dòng)部分

18、元器件，同時(shí)外圍硬件電路在保持基本功能的同時(shí)做相應(yīng)的簡化處理，在系統(tǒng)性能和速度可以滿足的情況下盡可能用軟件是先來取代硬件實(shí)現(xiàn)。2.2 本系統(tǒng)所用元器件的選取 現(xiàn)在的市場(chǎng)上器件各種各樣，不同的設(shè)計(jì)要求決定了需要不同的元器件，本文基于上面所提到的設(shè)計(jì)原則，提出幾種備選方案，經(jīng)過論證對(duì)比，以確定選用的最佳方案。2.2.1 壓力傳感器的選擇 壓力傳感器主要用于檢測(cè)氣缸負(fù)壓、大氣壓、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的升壓比、氣缸內(nèi)壓、油壓等。吸氣負(fù)壓式傳感器主要用于吸氣壓、負(fù)壓、油壓檢測(cè)。汽車用壓力傳感器應(yīng)用較多的有電容式、壓阻式、差動(dòng)變壓器式（lvdt）、表面彈性波式（saw）。設(shè)定方案如下：方案一：采用應(yīng)變片壓力傳感器。

19、其原理是：當(dāng)導(dǎo)體或半導(dǎo)體在受到外界力的作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械形變，從而導(dǎo)致阻值的變化，通過測(cè)量阻值的大小，就可以反應(yīng)外界作用力的大小。但是由于電源電壓或電流的增加會(huì)造成應(yīng)變片自身發(fā)熱，從而造成測(cè)量誤差，所以若應(yīng)用此方案，應(yīng)考慮溫度補(bǔ)償電路。此外，由于應(yīng)變片阻值的分散性，即使應(yīng)變片處在無壓的狀態(tài)，應(yīng)變片電橋仍會(huì)有壓力輸出，故在測(cè)量電路中應(yīng)設(shè)置調(diào)零電路。方案二：采用壓阻式壓力傳感器。壓阻式傳感器是利用晶體的壓阻效應(yīng)制成的傳感器。當(dāng)它受到壓力時(shí)，應(yīng)變?cè)碾娮钑?huì)發(fā)生變化，從而使輸出的電壓發(fā)生變化。在硅膜片上做成四個(gè)等值的電阻應(yīng)變?cè)?。?gòu)成惠斯頓電橋。當(dāng)受到壓力作用時(shí)，一對(duì)橋臂的電阻變大而另一對(duì)橋臂電阻變

20、小，電橋失去平衡，輸出一個(gè)與壓力成正比的電壓。由于硅壓阻式壓力傳感器的靈敏系數(shù)比金屬應(yīng)變的靈敏系數(shù)大50100倍，故硅壓阻式傳感器多的滿量程輸出可達(dá)幾十毫伏至二百多毫伏，有時(shí)不需要放大就可以直接測(cè)量。此外壓阻式傳感器采用集成電路工藝加工，尺寸小，重量輕。且分辨率高，頻率響應(yīng)好。但其對(duì)溫度很敏感，在應(yīng)用電路中要采用溫度補(bǔ)償。方案三：采用壓電式壓力傳感器。壓電式壓力傳感器可用來測(cè)量壓力范圍為104108pa、頻率為幾赫至幾十千赫的動(dòng)態(tài)壓力。在內(nèi)燃機(jī)的氣缸、油管、進(jìn)排氣管的壓力測(cè)量、槍炮的膛壓、航空航天等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。其彈性元件是由膜片、膜盒等把壓力收集起來，轉(zhuǎn)換成集中力，再傳遞給壓電元件

21、。在使用時(shí)要考慮到加速度、溫度等環(huán)境干擾的補(bǔ)償2。綜合上述方案，考慮到使用方便簡潔，元件成本問題，采用方案二的壓阻式壓力傳感器作為本次設(shè)計(jì)的壓力傳感器。2.2.2 溫度傳感器的選擇對(duì)于溫度傳感器來說，溫度傳感器主要用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、吸入氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度以及催化溫度等。溫度傳感器大致分為三類：數(shù)字式溫度傳感器、邏輯輸出溫度傳感器、模擬式溫度傳感器。設(shè)定方案如下：方案一：采用熱敏電阻，利用電阻隨溫度的變化情況來測(cè)量溫度，可滿足4090的測(cè)量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性都比較差，其測(cè)量溫度范圍相對(duì)較小，穩(wěn)定性較差，對(duì)于本系統(tǒng)對(duì)溫度的要求無法滿足。方案二：采用溫度傳感器鉑電阻

22、pt1000。鉑熱電阻的物理化學(xué)性能在高溫和氧化性介質(zhì)中很穩(wěn)定，它能用作工業(yè)測(cè)溫元件，且此元件線性較好。在 0100 攝氏度時(shí)，最大非線性偏差小于 0.5 攝氏度。鉑熱電阻與溫度關(guān)系是，rt = r0(1+at+bt*t) ;其中 rt 是溫度為 t 攝氏度時(shí)的電阻；r0 是溫度為 0 攝氏度時(shí)的電阻；t 為任意溫度值，a,b 為溫度系數(shù)。當(dāng)然其價(jià)格也相對(duì)比較昂貴。方案三：采用數(shù)字溫度傳感器ds18b20，其溫度測(cè)量范圍可以從-55+125，-10+85時(shí)測(cè)量精度為0.5，測(cè)量分辨率為0.0625，電源電壓范圍從3.35v 。它只需要一根總線做數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)還可以組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，其每個(gè)傳感器均

23、有單獨(dú)編號(hào)，核心控制器可以進(jìn)行識(shí)別，不需要校正，接口簡單，通俗易懂，成本低廉，方便獲得。與傳統(tǒng)的熱敏電阻溫度傳感器不同，它能夠?qū)y(cè)量的溫度直接顯示出來，具體運(yùn)算過程在程序中實(shí)現(xiàn)即可，也可以根據(jù)要求改變測(cè)量的精度，可以分別在93.75ms和750ms內(nèi)將溫度值轉(zhuǎn)化9位和12位的數(shù)字量。因其體積小，接口方便，數(shù)據(jù)獲取簡潔，內(nèi)含寄生電源而得到廣泛應(yīng)用3。系統(tǒng)有如下4個(gè)特點(diǎn)： （1）適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，系統(tǒng)的抗干擾性好；（2）可實(shí)現(xiàn)零功耗等待；（3）數(shù)據(jù)串行通信，無需要外部元件；（4）通過信號(hào)線供電，不需要備份電源；綜合以上三種方案以及手中擁有的資源，本著為用戶著想的原則，數(shù)字式溫度傳感器使

24、用簡單，測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，精度高，功能全，可靠性強(qiáng)，是我們的首選。所以本設(shè)計(jì)采用第三種方案，利用數(shù)字溫度計(jì)ds18b20作為溫度傳感器。2.2.3 即時(shí)顯示器件的選擇現(xiàn)在使用最多的顯示器件有兩種：led顯示和lcd顯示。設(shè)定方案如下：方案一：lcd顯示屏具有體積小、重量輕、省電、輻射低，顯示內(nèi)容豐富且便于攜帶等特點(diǎn)，lcd顯示可以滿足用戶自定義的需求，可以顯示用戶需要的自己設(shè)計(jì)的圖案和數(shù)據(jù)，應(yīng)用相當(dāng)靈活方便。尤其是在顯示復(fù)雜數(shù)據(jù)時(shí)，根本不需要改變硬件電路結(jié)構(gòu)，只需要編寫相應(yīng)的軟件代碼即可不斷地完善和擴(kuò)展顯示的能力。其外圍電路設(shè)計(jì)簡單，顯示能力的改變不會(huì)涉及到硬件電路的結(jié)構(gòu)，可更改性極佳。lcd顯示

25、現(xiàn)在已經(jīng)為廣大用戶所熟知并廣泛應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活中，美中不足之處是lcd顯示屏的價(jià)格要稍微高一點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)程序的編寫對(duì)用戶要求比較高。方案二：led（led segment displays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)。led數(shù)碼管根據(jù)led的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解led的這些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷膌ed，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。在現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)比較少的電路中使用led顯示方便，因?yàn)槌绦蚓帉懸约巴鈬娐吩O(shè)計(jì)均十分簡單，但是當(dāng)遇到要顯

26、示大量數(shù)據(jù)時(shí)，led就顯得不那么實(shí)用了，這樣的特點(diǎn)限制了其擴(kuò)展能力。數(shù)碼管是現(xiàn)在電子設(shè)計(jì)中使用相當(dāng)普遍的一種顯示設(shè)備，每個(gè)數(shù)碼管由7個(gè)發(fā)光二極管按照一定的排列結(jié)構(gòu)組成，根據(jù)七個(gè)發(fā)光二極管的正負(fù)極連接不同，又分為共陰極數(shù)碼管和共陽極數(shù)碼管兩種，選擇的數(shù)碼管不同，程序設(shè)計(jì)上也有一定的差別。數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)內(nèi)容比較直觀，通常顯示從0到f中的任意一個(gè)數(shù)字，一個(gè)數(shù)碼管可以顯示一位，多個(gè)數(shù)碼管就可以顯示多位，在顯示位數(shù)比較少的電路中，程序編寫，外圍電路設(shè)計(jì)都十分簡單。但是電路一旦被確定，相應(yīng)的顯示能力基本上也隨之確定，倘若要顯示多為數(shù)據(jù)時(shí)就不得不更改硬件電路，這樣給設(shè)計(jì)帶來很多麻煩，不利于擴(kuò)展4。鑒于本設(shè)

27、計(jì)需要顯示溫度值和壓力值，和對(duì)元件的了解程度，我們選用led來顯示。由于需要即時(shí)顯示，我們采用動(dòng)態(tài)掃描的方式，同時(shí)又減少了使用i/o端口，這樣一來既降低了成本也獲得了良好的設(shè)計(jì)效果。2.2.4通信接口的選擇c8051f單片機(jī)具有并行和串行兩種基本通信方式，并行通信時(shí)指數(shù)據(jù)的各位同時(shí)進(jìn)行傳送，其優(yōu)點(diǎn)是傳送速度快，缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)有多少位就得用多少根傳送線5。串行通信是指數(shù)據(jù)一位一位按順序傳送，只需要一對(duì)傳送線，大大降低了傳送的成本，特別適用于遠(yuǎn)距離通信。本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)要求，應(yīng)選擇串行通信方式。串行通信的傳送方向通常有3種，一種為單工配置，只允許數(shù)據(jù)向一個(gè)方向進(jìn)行傳送；另一種是半雙工配置，允許數(shù)

28、據(jù)向兩個(gè)方向中的任何一個(gè)方向傳送，但一次只能有一個(gè)發(fā)送，一個(gè)接收；第三種傳送方式是全雙工配置，允許同時(shí)雙向傳送數(shù)據(jù)，因此，全雙工配置是一對(duì)單工配置，他要求兩端的通信設(shè)備都具有完整和獨(dú)立的發(fā)送接收能力。串行通信分為異步通信和同步通信，異步串行通信用起始位0表示字符的開始，然后從低位到高位逐位傳送數(shù)據(jù)，最后用停止位1表示字符的結(jié)束。同步串行通信每一塊開頭要發(fā)送一個(gè)或兩個(gè)同步字符，使發(fā)送與接收雙方取得同步，數(shù)據(jù)塊的各個(gè)字符間取消了起始位和停止位，通信速度得以提高。c8051f020包含兩組異步串行通信接口tx0,rx0和tx1，rx1。用tx0,rx0可以實(shí)現(xiàn)rs-232通信；用tx1，rx1可以實(shí)

29、現(xiàn)rs-485通信。rs-232為全雙工方式通信，通信距離為15m，rs-485為半雙工方式通信，通信距離為1200m6。本次設(shè)計(jì)的車輛散熱系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)儀結(jié)合單片機(jī)和使用方便的特點(diǎn)，選擇rs-485異步串行通信。2.3總體設(shè)計(jì)思想綜合上述方案的對(duì)比論證，本設(shè)計(jì)選用的主要器件有：c8051f020單片機(jī)，溫度傳感器ds18b20，壓阻式壓力傳感器，數(shù)碼顯示led，異步串行通信接口max485等。系統(tǒng)的整體框圖如圖2-1。led顯示模塊 c8051f020單片機(jī) 鍵盤顯示模塊溫度參數(shù)采集模塊 蜂鳴器報(bào)警裝置rs-485串行接口壓力參數(shù)采集模塊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊 圖2-1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框圖預(yù)設(shè)參數(shù)模塊

30、可以取消，功能有鍵盤模塊完成2.4 本章小結(jié)本章主要介紹車輛散熱系統(tǒng)參數(shù)監(jiān)測(cè)儀中的主要元器件的選擇，如壓力傳感器、溫度傳感器、通信接口及輸出顯示設(shè)備等。經(jīng)過對(duì)比論證，考慮各器件的性價(jià)比，以及現(xiàn)有的元器件，從而選擇適合本設(shè)計(jì)的各種器件以完成所要到達(dá)的設(shè)計(jì)目的。第三章 車輛散熱系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)儀的硬件電路設(shè)計(jì)通過對(duì)上一章提出幾種方案進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比和論證，提出系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案框圖。最終系統(tǒng)由要求的c8051f020單片機(jī)作為核心器件，ds18b20作為溫度傳感器，mpx2100壓阻式傳感器作為壓力傳感器，led顯示電路和max485串行異步通信接口共同構(gòu)成。本章將對(duì)系統(tǒng)的各部分結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行分類闡述，

31、主要是單片機(jī)控制模塊，mpx2100壓力傳感器模塊，ds18b20溫度傳感器模塊，led顯示模塊，max485串行接口模塊這幾個(gè)部分。3.1 c8051f020單片機(jī)模塊介紹c8051f系列單片機(jī)是集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)（soc），具有mcs-51內(nèi)核及指令集完全兼容的微控制器，除了具有標(biāo)準(zhǔn)8051的數(shù)字外設(shè)部分之外，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他數(shù)字外設(shè)及功能部件。c8051f020主要特性如下7：（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） 全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口（片內(nèi)）。（3） 真正12位、100ksps的8通路adc

32、,帶pga和模擬多路開關(guān)。（4） 真正8位、500ksps的adc，帶pga和8通道模擬多路開關(guān)。（5） 兩個(gè)12位dac，具有可編程數(shù)據(jù)更新方式。（6） 64kb可在系統(tǒng)編程的flash存儲(chǔ)器。（7） 4352b的片內(nèi)ram。（8） 可尋址64kb地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)接口。（9） 硬件實(shí)現(xiàn)的spi、smbus/ic和兩個(gè)uart串行接口。（10） 5個(gè)通用的16位定時(shí)器。（11） 具有5個(gè)捕捉、比較模塊的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器列陣。（12） 片內(nèi)看門狗定時(shí)器、監(jiān)視器和溫度傳感器。3.1.1 c8051f020單片機(jī)中斷系統(tǒng)c8051f020單片機(jī)中斷系統(tǒng)相對(duì)于mcs-51的中斷系統(tǒng)是一個(gè)拓展

33、的中斷系統(tǒng)，支持22個(gè)中斷源，各中斷源在片內(nèi)外與外部輸入引腳之間的分配隨器件的不同而變化。每個(gè)中斷源可以在一個(gè)sfr中有一個(gè)或多個(gè)中斷標(biāo)志。當(dāng)一個(gè)外設(shè)或外部中斷源滿足有效的中斷條件時(shí)，相應(yīng)的中斷標(biāo)志被置為邏輯1。如果中斷被允許，在中斷標(biāo)志被置位時(shí)將產(chǎn)生中斷。而中斷源的開放和關(guān)閉以及每個(gè)中斷源是否被允許中斷，都受中斷允許寄存器ie、eie1、eie2的控制。每個(gè)中斷源優(yōu)先級(jí)的設(shè)定，則由中斷優(yōu)先級(jí)寄存器ip、eip1、eip2控制。寄存器狀態(tài)可通過程序由軟件設(shè)定8。3.1.2 c8051f020單片機(jī)復(fù)位電路復(fù)位電路是為系統(tǒng)恢復(fù)至初始狀態(tài)而設(shè)計(jì)的：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，可以使系統(tǒng)初始化，或者在系

34、統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障或者運(yùn)行結(jié)束時(shí)系統(tǒng)也需要提供復(fù)位信號(hào)使系統(tǒng)回到初始狀態(tài)。整個(gè)復(fù)位電路包括片內(nèi)外兩部分，外部復(fù)位信號(hào)通過引腳rst加到內(nèi)部復(fù)位電路上，復(fù)位信號(hào)通過片內(nèi)一個(gè)斯密特觸發(fā)器與片內(nèi)復(fù)位信號(hào)相連。c8051f020單片機(jī)一共有七個(gè)復(fù)位源，分別是：上電/掉電復(fù)位，外部/rst引腳復(fù)位，外部cnvstr信號(hào)復(fù)位，軟件命令復(fù)位，比較器復(fù)位，時(shí)鐘丟失檢測(cè)器和看門狗定時(shí)器超時(shí)復(fù)位。同時(shí)在復(fù)位電路中還添加了上拉去耦電路以防止由于強(qiáng)噪聲引起的復(fù)位。復(fù)位電路如圖3-1所示。 圖3-1 c8051f020單片機(jī)復(fù)位電路3.1.3 c8051f020單片機(jī)端口輸入/輸出c8051f020單片機(jī)是高度集成的混合信

35、號(hào)片上系統(tǒng)，有8個(gè)8位i/o端口、64個(gè)數(shù)字i/o引腳。低端口（p0、p1、p2和p3）既可以按位尋址也可以按字節(jié)尋址。高端口（p4、p5、p6和p7）只能按字節(jié)尋址。所有引腳都耐5v電壓，都可以被配置為漏極開路、推挽輸出方式和弱上拉。優(yōu)先權(quán)交叉開關(guān)譯碼器，又稱為交叉開關(guān)，按優(yōu)先權(quán)順序?qū)⒍丝?3的引腳分配給器件上的數(shù)字外設(shè)。端口引腳的分配順序是從p0.0開始，可以一直分配到p3.7。為數(shù)字外設(shè)分配端口引腳的優(yōu)先權(quán)順序?yàn)閡art0具有最高優(yōu)先權(quán)，而cnvstr具有最低優(yōu)先權(quán)。優(yōu)先權(quán)交叉開關(guān)的配置是通過3個(gè)特殊功能寄存器xbr0、xbr1和xbr2來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)交叉開關(guān)配置寄存器xbr0、xbr1和

36、xbr2中外設(shè)的對(duì)應(yīng)使能位被設(shè)置為邏輯1時(shí)，交叉開關(guān)將端口引腳分配給外設(shè)9。如圖3-2所示： 圖3-2 c8051f020單片機(jī)引腳圖圖與正文上下空一行3.2 壓力傳感器模塊本設(shè)計(jì)采用mpx2100半導(dǎo)體壓力傳感器來完成壓力的測(cè)量，此傳感器與差動(dòng)放大電路結(jié)合，能夠準(zhǔn)確的檢測(cè)到電壓，并接入c8051f020單片機(jī)進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。3.2.1 mpx2100半導(dǎo)體壓力傳感器的性能特點(diǎn) 采用的mpx2100半導(dǎo)體壓力傳感器線性度高，靈敏度高，模擬輸出電壓與輸入的壓力值和電源偏置電壓成正比。另外，mpx2100所具有的溫度補(bǔ)償特性克服了半導(dǎo)體壓力敏感器件存在溫度漂移問題。它具有如下特點(diǎn)10：(1) 由于

37、采用激光微調(diào)技術(shù)，使電橋零漂輸出很小，一般小于1mv；(2) 傳感器由熱敏電阻組成溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，在-40+125范圍內(nèi)有較好的溫度補(bǔ)償效果，從而提高了傳感器的精度；(3) 具有極好的線性度（0.25%f.s）；(4) 有較寬的工作溫度范圍（-40+125）；(5) 允許過載大（400%）；(6) 工作壓力范圍: 0kpa 到 100kpa 。3.2.2 差分放大電路的構(gòu)成為了保證測(cè)量電路的精度，采用lm324放大器。lm324是四運(yùn)放集成電路，它采用14管腳雙列直插塑料（陶瓷）封裝。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖3-3所示的符號(hào)

38、來表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“vdd”、“vss”為正、負(fù)電源端，“7”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，6（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端的信號(hào)與該輸入端的相位相反；5（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端的信號(hào)與該輸入端的相位相同11。 圖3-3 lm324符號(hào)3.2.3 壓力采集模塊與單片機(jī)的連接總體來說，該壓力檢測(cè)電路由放大和電壓頻率變換兩部分組成，并由一個(gè)4運(yùn)放和一些電阻組成放大電路，它具有高差模增益和高共模抑制比，而且輸入阻抗高，可以調(diào)整電路的偏置。測(cè)壓電路如圖3-圖號(hào)不對(duì)4所示。在系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)中，vd1采用lm385，其穩(wěn)定電壓為2.5 v，為傳感器提供1

39、.5 ma恒流源的基準(zhǔn)電壓。u2與u3構(gòu)成差動(dòng)輸入與差動(dòng)輸出的放大電路，通過u5變換為對(duì)地的單端信號(hào)輸出，該輸出信號(hào)接入c8051f012的模擬輸入通道aino進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。 圖3-4 測(cè)壓模塊電路圖3.3 溫度信號(hào)采集模塊本設(shè)計(jì)采用ds18b20溫度傳感器來完成溫度的測(cè)量，此款溫度傳感器內(nèi)部具有a/d轉(zhuǎn)換功能，所以輸出的信號(hào)可以直接和單片機(jī)進(jìn)行通訊而不需要外加a/d轉(zhuǎn)換電路。其內(nèi)部轉(zhuǎn)換速度很快，可以滿足通訊需求，同時(shí)簡化了外部電路，降低了成本，使得系統(tǒng)的集成度進(jìn)一步提高，滿足簡化電路的原則。3.3.1 ds18b20的性能特點(diǎn)關(guān)于的ds18b20的一些特性我們?cè)诘诙轮幸呀?jīng)簡單介紹過，ds

40、18b20的一線接口是其突出的特點(diǎn)，此款溫度傳感器只需要一根數(shù)據(jù)線即可完與單片機(jī)的通訊。隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在的ds18b20的集成度更高，性價(jià)比也較以前大有改善，其中dq為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；gnd為電源地；vdd為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地），供電電壓范圍：+3.0+5.5v。實(shí)物圖如圖3-5。 圖3-5 ds18b20實(shí)物圖3.3.2 ds18b20的測(cè)溫原理下圖即為ds18b20的溫度采集流程圖，在使用這個(gè)溫度傳感器的時(shí)候要對(duì)其手冊(cè)進(jìn)行認(rèn)真閱讀，其在采集溫度和通信十分簡單，但是與此同時(shí)其對(duì)時(shí)序的要求也十分嚴(yán)格，因此要想正確的使用它，就必須對(duì)它的工作時(shí)序了然于心，這樣在

41、程序的編寫和相應(yīng)的功能實(shí)現(xiàn)上才有可能做到萬無一失。在ds18b20的使用中，對(duì)各種脈沖的持續(xù)時(shí)間有明確的規(guī)定。比如說所有讀/寫時(shí)序均必須維持60us以上，否則會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，類似于這樣的要求在這款傳感器中還有很多，因此要求用戶對(duì)每個(gè)中間模塊的正常運(yùn)行的脈沖持續(xù)時(shí)間要嚴(yán)格按照說明文檔的值進(jìn)行給定，以確保各個(gè)中間環(huán)節(jié)運(yùn)行正常，從而最終使得傳感器工作在設(shè)定的模式，來實(shí)現(xiàn)溫度的采集和單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸12。ds18b20的測(cè)溫原理如圖3-6所示。斜率累加器減法計(jì)數(shù)器預(yù)置設(shè)定低溫度系數(shù)振蕩器計(jì)數(shù)比較器減到0溫度寄存器預(yù)置設(shè)定減法計(jì)數(shù)器減到0高溫度系數(shù)振蕩器增加停止圖3-6 ds18b20測(cè)溫原理圖 3.3

42、.3 ds18b20與單片機(jī)的連接在實(shí)際應(yīng)用中，ds18b20與單片機(jī)的連接可以有兩種方式。一種是使用外部電源進(jìn)行供電，使用vdd接外部電源， gnd接地，其i/0與單片機(jī)的i/0線相連；第二種是用寄生電源供電，即 dsi8b20的vdd接地，其它接法不改變。在使用ds18b20時(shí)，不管采用哪種電源模式，傳感器i/o口都要接上拉電阻14。溫度傳感器有兩種供電方式：一種為外部供電方式即使用vdd接+5v，相應(yīng)的完成溫度測(cè)量的時(shí)間較短。第二種是數(shù)據(jù)線供電方式，此時(shí)使用用vdd，它直接從數(shù)據(jù)線上獲取能量，直接完成溫度的轉(zhuǎn)換，但是完成的時(shí)間相對(duì)長一些。采取數(shù)據(jù)線供電的情況下，用單片機(jī)的i/o口實(shí)現(xiàn)上拉

43、13。本設(shè)計(jì)中采用第一種模式來實(shí)現(xiàn)，其接口電路如圖3-7所示。圖3-7 溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路3.4 ch451芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)碼顯示和鍵盤掃描ch451 是一個(gè)整合了led顯示驅(qū)動(dòng)和鍵盤掃描控制以及p 監(jiān)控的多功能外圍芯片。使用ch451芯片來實(shí)現(xiàn)數(shù)碼顯示和鍵盤掃描非常簡單而且占用很少的i/o端口。ch451 內(nèi)置有rc 振蕩電路，可以動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)8 位led或者64 位led，具有bcd 譯碼、閃爍、移位等功能；同時(shí)還可以進(jìn)行64 鍵的鍵盤掃描；ch451 通過1 線或者可以級(jí)聯(lián)的4 線串行接口與單片機(jī)等交換數(shù)據(jù)；并且提供上電復(fù)位和看門狗等監(jiān)控功能。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要應(yīng)用ch451芯片來實(shí)現(xiàn)le

44、d顯示和鍵盤掃描功能，同時(shí)采用4線與單片機(jī)進(jìn)行通訊連接，因此下面對(duì)這兩項(xiàng)功能進(jìn)行簡單說明。3.4.1顯示驅(qū)動(dòng)功能：ch451對(duì)led采用動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)，從dig0到dig5，如果有一個(gè)引腳吸入電流其它引腳則不再吸入電流。因其有強(qiáng)大的電流驅(qū)動(dòng)級(jí),故可以直接驅(qū)動(dòng)共陰極led。段引腳seg6seg0分別對(duì)應(yīng)著led的段g到段a，小數(shù)點(diǎn)由段驅(qū)動(dòng)引腳seg7控制，字驅(qū)動(dòng)引腳dig5dig0分別連接6個(gè)led的陰極。實(shí)際上，在系統(tǒng)板上的led并不是同時(shí)顯示的，而是從左到右依次被點(diǎn)亮和顯示的，由于led之間顯示的時(shí)間差特別小，人的肉眼是無法分辨出來的，故在led顯示的時(shí)候我們看到的是連續(xù)的led數(shù)字顯示。這樣

45、一來我們就可以方便的編寫程序，來實(shí)現(xiàn)所要達(dá)到的功能。ch451默認(rèn)工作在不譯碼方式，這時(shí)候多數(shù)應(yīng)用于發(fā)光二極管陣列的顯示驅(qū)動(dòng)。當(dāng)然我們可以通過設(shè)定使其工作在bcd譯碼方式，這種方式主要應(yīng)用于led驅(qū)動(dòng)，單片機(jī)只要給出二進(jìn)制數(shù)bcd碼，ch451將對(duì)其譯碼后直接驅(qū)動(dòng)led顯示相應(yīng)的字符，使得單片機(jī)自身不再需要進(jìn)行譯碼操作，簡化了單片機(jī)的運(yùn)算和處理。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中就是采用這樣的方法，使用ch451的bcd譯碼方式來驅(qū)動(dòng)led顯示功能14。如圖3-8所示。圖3-8 顯示驅(qū)動(dòng)ch4513.4.2鍵盤掃描功能：ch451的鍵盤掃描功能支持88的矩陣鍵盤掃描。其在矩陣掃描期間，seg7seg0引腳均帶有內(nèi)

46、部帶有下拉電阻，這些引腳用于行掃描輸；dig5dig0引腳用于列掃描輸出。需要注意的是當(dāng)啟動(dòng)鍵盤掃描功能后，dout引腳的功能將會(huì)由串行接口的數(shù)據(jù)變?yōu)殒I盤中斷以及數(shù)據(jù)輸出。鍵盤掃描是定期在顯示驅(qū)動(dòng)過程中插入的。在鍵盤掃描期間，dig5dig0 引腳按照dig0 至dig5 的順序依次輸出高電平，其余5 個(gè)引腳依次輸出低電平；此時(shí)seg7seg0 引腳的輸出被禁止，當(dāng)沒有鍵被按下時(shí)，seg7seg0 都被下拉為低電平；當(dāng)有鍵被按下時(shí)，例如連接dig5 與seg6 的鍵被按下，則當(dāng)dig5 輸出高電平時(shí)seg6 檢測(cè)到高電平；ch451實(shí)行兩次掃描，只有兩次掃描結(jié)果相同時(shí)，按鍵才會(huì)被確認(rèn)，這樣做的

47、目的就是為了防止鍵盤因抖動(dòng)而誤判斷。一旦ch451檢測(cè)到有效按鍵，則其會(huì)記錄下按鍵，并會(huì)通過dout產(chǎn)生中斷，這個(gè)時(shí)候單片機(jī)可以讀取按鍵的代碼，確定那個(gè)按鍵被按下。在沒有檢測(cè)到新的有效按鍵之前，ch451不會(huì)再產(chǎn)生任何有效中斷。簡言之，ch451不支持組合鍵，同一時(shí)刻只能有一個(gè)有效按鍵被按下。ch451 所提供的按鍵代碼為7 位，位2位0 是列掃描碼，位5位3 是行掃描碼，位6 是狀態(tài)碼（鍵按下為1，鍵釋放為0）。事實(shí)上單片機(jī)可以在任何時(shí)候讀取按鍵代碼，但是通常情況下單片機(jī)都會(huì)在ch451產(chǎn)生有效中斷時(shí)讀取按鍵代碼。此外，假如想知道按鍵何時(shí)被釋放，單片機(jī)可以用查詢的方式來實(shí)現(xiàn)。鍵盤模塊如圖3-

48、9所示。圖3-9 鍵盤模塊3.5 報(bào)警電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中要求對(duì)滿足相應(yīng)條件時(shí)提供蜂鳴器發(fā)生報(bào)警，要求條件為：測(cè)定溫度大于80。壓力大于70kpa.沒有單位，壓力大于100，前面壓力測(cè)量上限寫的100pa，能測(cè)大于100嗎？在這種情況下即認(rèn)為車輛散熱系統(tǒng)不符合安全要求，此時(shí)系統(tǒng)必須發(fā)聲提示用戶當(dāng)前狀態(tài)，使得用戶在知曉當(dāng)前情況后進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。蜂鳴器電路的揭發(fā)特別簡單，只要將其接到單片機(jī)的i/o口上，通過內(nèi)部軟件程序的編寫即可完成規(guī)定的要求。外部電路清晰簡單，內(nèi)部發(fā)聲的程序也不難，只要將相應(yīng)的程序加到準(zhǔn)確的位置，在正確的時(shí)候進(jìn)行調(diào)用即可。蜂鳴器與單片機(jī)的連接如圖3-10所示

49、。圖3-10 蜂鳴器與單片機(jī)的連接3.6本章小結(jié)本章主要論述了系統(tǒng)整體的設(shè)計(jì)，分為壓力采集模塊、溫度采集模塊、單片機(jī)系統(tǒng)以及使用ch451芯片實(shí)現(xiàn)的數(shù)碼顯示和鍵盤掃描。在每一部分的設(shè)計(jì)中涉及到各個(gè)部分的內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)，基本功能，和基本的實(shí)現(xiàn)要求等內(nèi)容，使得用戶對(duì)系統(tǒng)的每一個(gè)部分都有清晰鮮明的認(rèn)識(shí)和理解，對(duì)功能的實(shí)現(xiàn)有深入的認(rèn)識(shí)，做到原理功能都了然于心。第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以說是層出不窮，但是單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)卻比較有其自身的特點(diǎn)。單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上必須兼顧軟件和硬件各自的特點(diǎn)，硬件電路設(shè)計(jì)一般都是視具體需要而設(shè)計(jì)的，通用性不強(qiáng)，既定的硬件電路決定了軟件的編寫難易程度和一系列的編

50、寫要求，所以軟件的編寫受制于硬件，基于這一點(diǎn)考慮，硬件電路的設(shè)計(jì)要合理，從而方便軟件的編寫和運(yùn)行。當(dāng)然在一些時(shí)候相應(yīng)軟件的編寫可以代替硬件實(shí)現(xiàn)一些功能，但是這樣的話一般會(huì)以犧牲單片機(jī)的運(yùn)行速度問代價(jià)的?？偟膩碚f如果可以講硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合起來，不但可以保證運(yùn)行速度還可以使得軟件的編寫清晰簡單。在軟件設(shè)計(jì)中，用戶通常要根據(jù)硬件電路的實(shí)際情況來編寫軟件，受制于相應(yīng)的電路和連接方式。在這樣的情況下，軟件的設(shè)計(jì)一般會(huì)將程序分成若干功能模塊，然后寫相應(yīng)模塊的程序，最后在主程序中進(jìn)行調(diào)用，這樣的軟件設(shè)計(jì)清晰易懂，良好的軟件設(shè)計(jì)就應(yīng)該是這樣一個(gè)流程。4.1 系統(tǒng)主程序流程圖本設(shè)計(jì)中系統(tǒng)的主控制器是c

51、8051f020單片機(jī)，系統(tǒng)的工作的過程基本上可描述為：系統(tǒng)上電后，完成各部分的初始化工作。初始化主要包括ds18b20模塊初始化，mpx2100壓阻式傳感器測(cè)壓模塊初始化，單片機(jī)相應(yīng)設(shè)置初始化，ch451數(shù)碼顯示驅(qū)動(dòng)芯片初始化等。初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，測(cè)壓、測(cè)溫開始進(jìn)行，溫度，壓力的上下限初始值由程序設(shè)定好，單片機(jī)控制各個(gè)部分做出相應(yīng)操作，并將數(shù)據(jù)在led上予以顯示和控制蜂鳴器是否發(fā)出報(bào)警信號(hào)。系統(tǒng)上電復(fù)位后，不再需要人工干預(yù)，系統(tǒng)會(huì)自己正常工作。系統(tǒng)內(nèi)部軟件會(huì)對(duì)當(dāng)前溫度和壓力做出相應(yīng)判斷，完成設(shè)計(jì)之初的各項(xiàng)功能。整個(gè)系統(tǒng)完全自動(dòng)化，整個(gè)系統(tǒng)程序調(diào)試完成后，裝入系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試，通

52、過后系統(tǒng)就會(huì)像人的大腦一樣工作，使用者只需要查看顯示數(shù)據(jù)就可以知道被控對(duì)象的當(dāng)前狀態(tài)，系統(tǒng)使用方便簡單。主程序的流程圖有鍵按下，應(yīng)進(jìn)入鍵盤處理子程序，不用具體到是修改溫度還是壓力。都在子程序中處理就行。通過485傳輸?shù)哪康氖鞘裁矗?85是用來向上位機(jī)傳送存儲(chǔ)器中測(cè)量數(shù)據(jù)的。主程序中應(yīng)有判斷是否傳送數(shù)據(jù)，是進(jìn)入傳送子程序，否繼續(xù)。如圖4-1所示。開始系統(tǒng)初始化溫度采集 壓力采集否溫度鍵是否按下是執(zhí)行溫度子程序是否蜂鳴器報(bào)警溫度是否超出范圍否壓力鍵是否按下是執(zhí)行壓力子程序是否蜂鳴器報(bào)警壓力是否超出范圍圖4-1 系統(tǒng)的程序流程圖4.2壓力檢測(cè)（mpx2100）子程序流程圖對(duì)于mpx2100壓力檢測(cè)模

53、塊的使用，我查閱了使用手冊(cè)，具體的程序子程序最后是要返回主程序的。要有返回。流程圖如下：開始初始化n 收到應(yīng)答？y檢測(cè)壓力參數(shù)返回圖4-2 mpx2100程序流程圖通過單片機(jī)和驅(qū)動(dòng)，顯示到led上輸入到單片機(jī)進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換經(jīng)過運(yùn)放電路放大 4.3溫度監(jiān)測(cè)（ds18b20）子程序流程圖ds18b20溫度傳感器的使用有嚴(yán)格的時(shí)序要求，因此在使用它的時(shí)候必須按照手冊(cè)的說明進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，否則將無法正確得到溫度的數(shù)值。依據(jù)ds18b20與主控器的通信協(xié)議要求，ds18b20完成溫度轉(zhuǎn)換要分三步來完成。注意每一次的讀寫執(zhí)行之前都要對(duì)其進(jìn)行復(fù)位操作，成功復(fù)位后會(huì)發(fā)rom指令，再發(fā)ram指令，只有按照這樣的

54、要求和順序才能對(duì)ds18b20進(jìn)行用戶需要的操作，因其與單片機(jī)只用一條數(shù)據(jù)線進(jìn)行通信，所以相應(yīng)的時(shí)序和設(shè)置要求比較嚴(yán)格，用戶在使用時(shí)必須嚴(yán)格遵守。ds1820的使用過程中復(fù)位操作使用的次數(shù)非常多，復(fù)位操作要求主控器將數(shù)據(jù)線拉低，持續(xù)時(shí)間為500us后釋放總線，傳感器收到信號(hào)后并不立即做出操作，延時(shí)16us至60us后發(fā)出60240us的低脈沖，當(dāng)主控器接到此信號(hào)時(shí)則表示傳感器復(fù)位成功。ds18b20的正確運(yùn)行包括很多流程每一部分都要做相關(guān)的設(shè)置和定義，所以對(duì)每一部分的運(yùn)行流程有清晰的認(rèn)識(shí)是非常必要的。做到這些才能真正的會(huì)使用ds18b20。現(xiàn)將傳感器的程序流程提繪制如圖4-3所示。延時(shí)等待溫度

55、轉(zhuǎn)換完成開始 初始化ds18b20初始化ds18b20nn收到應(yīng)答？收到應(yīng)答？yy發(fā)送跳過rom指令發(fā)讀暫存器指令發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換指令讀取溫度值返回圖4-3 ds18b20程序流程圖4.4鍵盤掃描和數(shù)碼顯示流程圖本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用ch451來完成鍵盤的定時(shí)掃描和led的即時(shí)顯示。ch451芯片的使用節(jié)省了i/o口的使用，同時(shí)芯片具有很大的驅(qū)動(dòng)級(jí)，可以直接驅(qū)動(dòng)led進(jìn)行顯示。顯示和鍵盤的功能的實(shí)現(xiàn)，均通過單片機(jī)與ch451連接后再連接到相應(yīng)電路，來完成相應(yīng)的要求。鍵盤顯示流程圖如圖4-4。數(shù)碼顯示流程圖如圖4-5。開始初始化啟動(dòng)ch451數(shù)碼顯示驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)到？顯示子程序返回開始初始化啟動(dòng)ch451鍵盤掃描功能按鍵按下？執(zhí)行中斷服務(wù)子程序返回n ny圖4-4 鍵盤顯示圖4-5 數(shù)碼顯示ch451的使用上，是在數(shù)碼顯示驅(qū)動(dòng)的過程中定時(shí)插入鍵盤掃描，一旦有按鍵被按下，則系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生中斷，轉(zhuǎn)而執(zhí)行中斷服務(wù)子程序，待執(zhí)行完相應(yīng)操作后關(guān)閉中斷，返回中斷前的程序繼續(xù)執(zhí)行。ch451具有強(qiáng)大的電流驅(qū)動(dòng)，這一點(diǎn)應(yīng)用于我們的led顯示電路上十分方便簡單，同時(shí)我們采用即時(shí)顯示，對(duì)測(cè)量的距離