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1、 智能仪器课程设计( 2009届)分 院: 电子信息分院 专业: 电子信息工程 班级: 电子05201班 姓 名: 金旭 学 号: 0523025051 指导老师: 李正勤 智能仪器课程设计1. 设计内容设计单通道温度测量控制系统，并在DP-51PROC实验箱上实现。2. 设计要求1阅读DS18B20的资料，了解单总线协议，编写采用DS18B20进行单点温度测量的程序。2阅读步进电机资料，了解步进电机驱动原理，编写步进电机正反转驱动程序。3阅读ZLG7290资料，了解ZLG7290工作原理，掌握ZLG7290与单片机数据通信方法。编写温度显示和键盘控制程序。4根据D3红外遥控区的电路原理，采用
2、单片机设计相应的红外遥控发射器，编写相应的软件。5连接上述程序块，联合调试，完成多通道温度测量控制系统软件设计。3. 硬件原理构成硬件采用DP-51PROC实验箱，将四个独立的实验区连接起来，并加上部分外部电路，构成多通道温度测量控制系统，具有单通道温度测量、温度显示、温度上下限设定、温度控制的功能。1B4 温度采集区。 该区有一个集成单总线温度传感器DS18B20，用于温度测量。DS18B20的数据总线是DQ端。多通道温度测量的功能可以借助两台或两台实验箱验证。2D5 I2C 实验区。该区包含8个数码管、16个按键及数码管显示和键盘扫描管理芯片ZLG7290，用于实现温度显示和通过键盘实现温
3、度上下限设定的功能。ZLG7290与单片机通过I2C方式实现数据通信，时钟线为SCL，数据线SDA；ZLG7290键盘中断接口为INT_KEY；ZLG7290的复位控制端为RST_L。3C8 步进电机区。该区包含一个四相步进电机及其驱动电路，用于模拟温度的控制。四相步进电机的四个驱动端子分别是BA、BB、BC、BD。4根据键盘的电路原理，采用单片机设计相应的键盘控制电路，编写相应的软件。4. 硬件原理分析4.1温度传感器DS18B20 DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO92小体积封装形式；温度测量范围为55125,可编程为9位12位A/D转换精度，测温分
4、辨率可达0.0625，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。其电路图如图1所示。图1 DS18B20原理图4.2步进电机原理 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系
5、的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。通过控制IN1、IN3、IN5、IN7输入有序的矩形脉冲控制ULN2003A输出有序矩形脉冲控制电机转动。如IN1IN2IN2IN3IN3IN4IN4IN1。如图2所示。 图2步进电机电路图4.3 ZLG7290原理ZLG7290是一种多位LED显示及键盘管理器件，采用流行的I2C总线接口，可与各种带I2C总线的单片机方便接口，并可同时驱动8位LED。其内部具有158 RAM的功能控制寄存器，可方便寻址。对每位数字可单独控制、刷新。显示亮度可数字控制，每位都具有闪烁使能控制功能。无
6、需任何外部元件便可多路复用自动扫描。其ZLG7290如图3所示。ZLG7290的特点有：采用I2C串行接口；提供键盘中断信号，方便与处理器接口；可驱动8位共阴数码管或64只独立的LED和64个按键：可控制扫描位数，可控制任意数码管的闪烁：提供数据译码和循环移位段寻址等控制；8个功能键均可检测任意键的连击次数；无需外接元件即直接驱动LED，可扩展驱动电流和驱动电压。图3为ZLG7290的连接图5. 软件设计单通道温度测量控制系统实现的温度采集和显示的功能，并且当采集的温度超过上限或下限时控制步进电极正转或反转，同时还加入按键控制，其中包括功能键、上下限值切换、加减键。由于单通道温度测量控制系统有
7、4个块组成，所以在软件的设计上也分成4个部分，包括步进电机驱动程序、温度读取程序、按键控制程序、LED显示电路。5.1主流程图软件采用汇编语言编写,程序编写采取模块化、结构化设计。各个器件都有其独立的驱动程序，方便读者理解。当开始执行程序时首先判断有没有按键输入，如果有按键输入信号就先进行按键处理，如果没按键输入就从DS18B20读取测得的温度，然后把测得的温度转换成10进制数，并保存到指定寄存器中。然后把转换后的数据送到LED中显示，最后回到最初的按键判断。其主程序工作流程如图4所示。开 始 继续?有无按键读取温度保存温度数据显示N按键处理Y出始化YN结束图4 主流程图5.2 温度读取流程D
8、S18B20的访问协议必须遵循以下顺序：初始化（复位）、ROM操作命令、暂存器操作命令。读经过DS18B20转换的温度首先要把DQ置1然后初始化DS18B20，初始化成功后，向DS18B20送0CCH即直接向 DS1820 发温度变换命令，然后向DS18B20送44H发出温度转换指令，延时等待转换结束，再初始化DS18B20，成功后向DS18B20送0BEH发出读温度指令，最后把读到的温度放到指定的寄存器中。程序流程如图5所示。18B20初始化复位18B20复位18B20发送0CCH给DS18B20发送0CCH给DS18B20发送44H给DS18B20写4EH指令,设置写模式延迟200秒等待温
9、度转换复位18B20温度设上限发送0CCH给DS18B20温度设下限写指令读取暂存器值读完值,如无其他需要复位18B20设置转换位数 图55.3进步电机驱动程序步进电机是一种将电脉冲转换为角位移的数据控制电机，即给它一个脉冲信号，它就按设定的方向转动一个固定的角度。用户可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量，从而实现准确的定位操作；另外，通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。当然，对于步进电机各相绕组(即内部线圈)的控制脉冲要有一定的顺序，否则电机无法正常旋转。实验箱上的步进电机为四相步进电机，电机步距角为1.8度。单片机GPIO驱动能力有限，必须通过ULN2003
10、达林顿集成驱动芯片驱动步进电机，在步进电机和驱动电路之间连接了电阻，防止控制紊乱造成电机的损坏。 在系统中进步电机的作用是报警，当温度超过限值时进步电机才转动。首先，控制单片机工作在定时1状态，并且定时20MS，然后向P1口循环输出，每输出一次都定时20MS。如图6.TMOD送01H送初始值启动TR1判断TF1送初值=1=0往P0口送转动值循环循环结束返回图6进步电机驱动程序流程图5.4 按键控制程序盘处理子程序主要完成的是通过特定的设置按键端口的状态，并对端口状态进行检测，然后为按键设置特定的值，为主程序提供执行判决。需考虑多键按下和去抖动的问题。按键程序主要实现的功能是功能键、上下限值切换
11、、加减键、个十位切换键。首先，判断是否有按键输入，如果有按键输入就读取键值，然后将键值与各个按键值比较，找到输入键对应的功能。如上下限值切换，先设一个标志位，标志位为0时切上限值，并把标志位置1，再按按键切下限值，把标志位清0；个十位切换，同样设置标志位，先置位为0，把地址指向个位，按键后把标志位置1，把地址指向十位；加减键，把要操作的数据放到寄存器A中，对其进行加1或者减1，然后把值送回并显示。显示按键盘控制图如7。 图7是按键控制流程图5.5LED显示控制程序系统硬件选择的是四段共阴极 LED动态显示，LED显示子程序主要是完成对设定的LED段，并通过查七段码表，使它显示制定的图样。图8中
12、描述的是通过选定一段数码管，显示数据的程序流程图8。开 始选择需要点亮的LED段将数据送到LED端口进行显示END图8 LED显示控制程序6软件调试在调试程序的过程中遇到了很多问题，最终能够顺利的完成调试，颇感欣慰，下面就调试过程中出现的问题及解决方法作一回顾总结。首先由于这个系统所涉及的程序比较复杂而且量比较大，其中包括程序和各个子程序，在调试过程中经常发生问题,这个就要通过设置断点来调试。其次由于实验机老化等硬件问题,使的在调试过程中经常遇到按键盘不能很好的控制温度调节。最后是对于程序的掌握不熟悉，导致调试的失败。但是通过本次的设计能更好的掌握汇编语言的程序设计。7心得 我刚刚开始做实验的时候，别人怎么说我就怎么做。参考别人的程序来实施操作。后来看对程序的仔细研究和探讨之后对与程序能很好的理解很编程;但是对于硬件方面还是了解的比较少,所以这样就影响到了直接对程序的了解,不过这样也让我了解到了对硬件了解的重要性质。但是以后做实验我要准备以下几点:1.准备越充分，实验越顺利; 2.交流是最好的老师;3.一半时间做实验，一半时间看文献;4.记录真实详尽; 5.把握心理优势。
