基于單片機的寬范圍高精度光纖傳感測溫儀的研制

2.3 鍵盤(pán)和顯示單元

本系統采用8255A的A口和C口擴展出一個(gè)4×4的鍵盤(pán)，包括10個(gè)數字鍵和6個(gè)功能鍵。在本系統中采用程序掃描法來(lái)識別按鍵。單片機先使8255A的 PC口均為低電平，再讀A口。如果A口不全為高電平，則延時(shí)10ms去抖動(dòng)；然后再讀A口，此時(shí)A口仍不全為高電平，說(shuō)明確有鍵按下。進(jìn)一步確定按下鍵的位置，先置PC0=0，PC1=PC2=PC3=1，讀A口，由A口低電平的位便可確定按下鍵的位置。依次類(lèi)推，如果檢查完所有的鍵均無(wú)按下，說(shuō)明是干擾或誤操作；掃描結束時(shí)，按下鍵的位置信息存在于某個(gè)存儲單元中。

顯示采用以?xún)炔豀D61830控制器的液晶模塊8032B點(diǎn)陣型LCD。HD61830是點(diǎn)陣式液晶圖像顯示控制器，可與MPU直接接口，具有專(zhuān)用指令集，可完成文本顯示或圖形顯示的功能設置，以及畫(huà)面卷動(dòng)光標、閃爍、位操作等功能。

2.4 8051單片機單元

由于整個(gè)系統的程序較大，所以需要一個(gè)外部程序存儲器，在系統中選用了32KB的EEPROM。在系統中實(shí)現多點(diǎn)溫度補償要存儲一些溫度點(diǎn)的修正值以提高系統的測量精度，所以將EEPROM既作程序存儲器又作數據存儲器。整個(gè)系統的地址分配為：0000～7FFF為存儲器地址，D000～D003和 E000～E003分別為兩個(gè)8255A的四個(gè)端口地址，BEFC～BFFF為A/D轉換器的地址，FFF4～FFF5為D/A轉換器的地址。在地址譯碼中沒(méi)有采用GAL而是通過(guò)分離元件實(shí)現。地址譯碼通過(guò)兩片74LS138、一片74LS04、一片74LS08來(lái)實(shí)現。

2.5 RS-232通訊單元

為了方便數據的處理，將測量所得的數據送入計算機，本系統采用RS-232通訊方式，通訊速率為 9600波特率。接口用芯片為MAX232，接收端采用VC ++編制的接收程序，顯示并存儲接收到的數據。進(jìn)而分析、處理得到擬和曲線(xiàn)。在單片機中將利用此擬和曲線(xiàn)實(shí)時(shí)計算機當前被測物的溫度值。

2.6 數模轉換單元

系統中預留一路模擬信號輸出，在測量、顯示的同時(shí)可將當前的溫度值通過(guò)D/A轉換輸出進(jìn)而實(shí)現閉環(huán)控制。系統采用的D/A轉換器為MAX508，它是一種完備的12位、片內參考電壓、電壓輸出型的D/A轉換器，輸出電壓和參考電壓同極性，允許單電源工作，雙緩沖邏輯輸入接口使之與微處理器連接非常容易。

3 系統的軟件設計

系統軟件的設計安全按照結構化的程序設計方法來(lái)完成，將整個(gè)程序細分為若干個(gè)子程序（模塊），方便調試與檢查。開(kāi)發(fā)系統采用Franklin C51編譯器和偉福仿真器，利用C51語(yǔ)言使用整個(gè)軟件開(kāi)發(fā)變得簡(jiǎn)單、快速、易于調試。整個(gè)軟件流程見(jiàn)圖3。下面就幾個(gè)主要的子程序作一簡(jiǎn)單的介紹。

3.1 初始化子程序

在初始化程序中，主要對8051的系統資源，包括定時(shí)器、中斷、串行通訊、LCD顯示、8255等進(jìn)行初始化工作。

3.2 LCD顯示子程序和鍵盤(pán)輸入子程序

在顯示程序中，完成顯示功能菜單的任務(wù)。菜單顯示的字符利用LCD顯示控制器HD61830的字符集中的資源，菜單為滾動(dòng)式，通過(guò)功能鍵可使光標從往下移動(dòng)，當移至最下一行時(shí)，屏幕開(kāi)始滾動(dòng)顯示。利用軟件程序掃描8255A的PA和PC口得到按鍵的鍵值，函數返回鍵碼。

3.3 A/D轉換子程序和D/A轉換子程序

A/D 轉換結果的讀入采用查詢(xún)方式。通過(guò)查詢(xún)MAX191的BUSY端的信號來(lái)判斷轉換是否結束；12位的轉換結果需要兩次讀取，然后拼接成12位結果。如果為了使外部干擾的影響減小可采用軟件濾波。對于溫度信號一般來(lái)說(shuō)是緩變的，可采用一階滯后濾波或中值平均濾等。D/A轉換是直接將12位的數據送放 MAX508的緩沖器即可實(shí)現數摸的轉換。

3.4 RS-232通訊子程序

通訊中將12位的數據分兩次傳送，在計算機中采用VC++6.0中的一個(gè)通訊控件MS Communications Control6.0來(lái)實(shí)現串口的通訊程序。在接收到測量數據后，可進(jìn)行一系列的數據處理與分析得到光纖傳感測溫儀的特性曲線(xiàn)，將此曲線(xiàn)生成電壓-溫度表存入單片機程序中計算機出溫度。