武漢理工大學(xué)信息工程專業(yè)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件 [8]。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學(xué)的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。 Proteus 是世界上著名的 EDA 工具 (仿真軟件 )，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。迄今為止是世界上唯一將電路仿真軟件、 PCB 設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持 805 HC1 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3 AVR、 ARM、 8086和 MSP430 等， 2021 年即將增加 Cortex 和 DSP 系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持 IAR、 Keil 和 MATLAB 等多種 編譯 。 此次設(shè)計中，利用 proteus 完成整個電路的硬件仿真，并且在開始的數(shù)據(jù)采集階段，利用 proteus 的示波器來查看數(shù)據(jù)是否傳輸。以及最后的階段，看數(shù)據(jù)是否正確顯示。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 第 4 章 程序設(shè)計及硬件仿真 在這個部分，是根據(jù)數(shù)據(jù)的采集， 傳輸， 處理，顯示來逐漸完成的。其中，有的部分可以用 keil 來查看結(jié)果，有的部分可以用 proteus 來查看程序結(jié)果。 數(shù)據(jù)的采集 熱電偶作為一種主要的測溫元件，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、使用方便、測溫范圍寬、測溫精度高等特點 [14]。但是，熱電偶的應(yīng)用卻存在著非線性、冷端補償、數(shù)字化輸出等幾方面的問題。設(shè)計中采用的 MAX6675 是一個集成了熱電偶放大器、冷端補償、 A/D 轉(zhuǎn)換器及 SPI 串口的熱電偶放大器與數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其電路如圖 314 所示。 K 型熱電偶的兩端分別跟 MAX6675 芯片的 T跟 T+相連，為了允許熱電偶斷路檢測， T引腳必須接地。 MAX6675 的測量精度對電源耦合噪聲較敏感。為降低電源噪聲影響，在 MAX6675 的電源引腳附近接入 1 只 F 陶瓷旁路電容。溫度由熱電偶采集，然后將數(shù)據(jù)直接送給冷端補償芯片 MAX6675 芯片進行處 理，處理后送給單片機控制電路，完成簡單的溫度采集過程 [9]。 1 23 45 67 8U0MAX6675GNDTT+VCCSONCCSSCKC112P00K 型熱電偶VCC 圖 溫度采集硬件圖 數(shù)據(jù)傳輸 部分 數(shù)據(jù)傳輸，即用單片機讀取 max6675 的數(shù)字信號，其通信模式為 SPI。 串行外圍設(shè)備接口 SPI（ serial peripheral interface）總線技術(shù)是 Motorola 公司推出的一種同步串行接口， Motorola 公司生產(chǎn)的絕大多數(shù) MCU（微控制器）都配有 SPI硬件接口 [10]。 SPI 用于 CPU 與各種外圍器件進行全雙工、同步串行通訊。 SPI 可以同時發(fā)出和接收串行數(shù)據(jù)。它只需 四條線就可以完成 MCU 與各種外圍器件的通訊，這四條線是：串行時鐘線（ CSK）、主機輸入 /從機輸出數(shù)據(jù)線（ MISO）、主機輸出 /從機輸入數(shù)據(jù)線（ MOSI）、低電平有效從機選擇線 CS。當 SPI 工作時，在移位寄存器中的數(shù)據(jù)逐位從輸出引腳（ MOSI）輸出（高位在前），同時從輸入引腳（ MISO）接收的數(shù)據(jù)逐位移到移位寄存器（高位在前）。發(fā)送一個字節(jié)后，從另一個外圍器件武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 接收的字節(jié)數(shù)據(jù)進入移位寄存器中。主 SPI 的時鐘信號（ SCK）使傳輸同步。其時序圖如下： 圖 SPI 通信模式時序圖 對于不帶 SPI 串行總線接口的 AT89C51 系列單片機來說 ,可以使用軟件來模擬 SPI的操作 ,包括串行時鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出 [11]。 MAX6675 從 SPI 串行接口輸出數(shù)據(jù)的過程如下： MCU 使 CS 變低并提供時鐘信號給 SCK，由 S0 讀取測量結(jié)果。 CS 變低將停止任何轉(zhuǎn)換過程： CS 變高將啟動一個新的轉(zhuǎn)換過程。一個完整串行接口讀操作需 16 個時鐘周期，在時鐘的下降沿讀 16 個輸出位，第 l 位和第 15 位是一偽標志位，并總為 0，第 14 位到第 3 位為以 MSB 到 LSB 順序排列的轉(zhuǎn)換溫度值；第 2 位平時為低，當熱電偶輸入開放時為高，開放熱電偶檢測電路完全由 MAX6675 實現(xiàn)，為開放熱電偶檢測器操作， T必須接地，并使接地點盡可能接近 GND 腳；第 1 位為低以提供 MAX6675 器件身份碼，第 0 位為三態(tài)。 對于在 SCK 的下降沿輸入數(shù)據(jù)和上升沿輸出數(shù)據(jù)的器件 ,則應(yīng)取串行時鐘輸出的初始狀態(tài)為 0,即在接口芯片允許時 ,先置 P1． 1 為 0,以便外圍接口芯片輸出 1 位數(shù)據(jù)（ MCU 接收 1 位數(shù)據(jù)） ,之后再置時鐘為 1,使外圍接口芯片接收 1 位數(shù)據(jù)（ MCU 發(fā)送 1 位數(shù)據(jù)） ,從而完成 1 位數(shù)據(jù)的傳送。Max6675 因為是傳輸 16 位數(shù)據(jù)，所以要 分為高 8 位和 低 8 位的傳輸。 SO SCK CS . 圖 SPI 總線接 口電路 其程序如下： CS BIT 。從機 SCK BIT 。時鐘 SO BIT 。數(shù)據(jù)輸入 DATAH DATA 30H DATAL DATA 31H ORG 0000H MC51 MAX6675 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 REDAT: CLR CS 。CS 低電平，停止數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換， CLR SCK 。時鐘置為低電平 MOV R2, 08H 。讀數(shù)據(jù)高位字節(jié) D15D8 RDH: MOV C,SO 。讀 SO 端數(shù)據(jù) RLC A 。累加器左移一位 SETB SCK NOP CLR SCK DJNZ R2,RDH MOV DATAH,A 。將數(shù)據(jù)高位移入緩沖區(qū) MOV R2,08H RDL: MOV C,SO 。讀 SO 端數(shù)據(jù)；讀數(shù)據(jù)低位字節(jié) D7D0 RLC A 。累加器左移一位 SETB SCK NOP CLR SCK DJNZ R2,RDL MOV DATAL,A 。將數(shù)據(jù)低位移入緩沖區(qū) SETB CS 相應(yīng)的硬件 仿真 搭建如下： 圖 SPI 硬件仿真接線 數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程，可以用 proutes 自帶的示波器查看，如下圖： 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 圖 SPI 通信時序圖 在上圖中，第一行是單片機讀取 max6675 的數(shù)據(jù)，第二行是單片機模擬的，給 max6675的始終信號，第三行是 cs 信號。 數(shù)據(jù)處理部分 在此過程中，不好用 protues 來查看結(jié)果，不過可以利用 keil 來查看寄存器的結(jié)果，只要我們首 先給個初始數(shù)據(jù) ，然后最后再印證下就可以 。 MAX667 多采用標準的 SPI 串行外設(shè)總線與 MCU 接口，且 MAX6675 只能作為從設(shè)備。 MAX6675S0 端輸出溫度數(shù)據(jù)的格式如圖 所示 [12]。 圖 MAX6675 輸出溫度數(shù)據(jù)的格式 D14～ D3 為 12 位數(shù)據(jù)，其最小值為 0，對應(yīng)的溫度值為 0℃；最大值為 4095，對應(yīng)的溫度值為 ℃；由于 MAX6675 內(nèi)部經(jīng)過了激光修正，因此，其轉(zhuǎn)換結(jié)果與對應(yīng)溫度值具有較好的線性關(guān)系。溫度值 與數(shù)字量的對應(yīng)關(guān)系為： 溫度值 = 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量 /4095=轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量 /4 所以第一步是得到數(shù)字量，第二步是得到溫度值，但可以簡化為，直接得到溫度值，然后再進制轉(zhuǎn)換。 其程序流程圖如 示。主要先是將非數(shù)據(jù)位的數(shù)據(jù)清零，然后將 16 位數(shù)據(jù)全部右移 3 為，可以得到轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，然后再右移 2 位，得到溫度值。其中，右移最后的兩位會得到小數(shù)部分，這部分可以直接賦值。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 是 否 圖 溫度轉(zhuǎn)換程序流程圖 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 這部分主要進行的 16 位數(shù)據(jù)的整體右移和保存小數(shù)位。 在整個程序中， DATAH保存高 8 位數(shù)據(jù)， DATAL 保存低 8 位數(shù)據(jù)， DATAX 保存小數(shù)數(shù)據(jù)。 其程序流程圖如下： SPI得到的 16位數(shù)據(jù) 將無關(guān) 4 位數(shù)據(jù)置零 將數(shù)據(jù)右移 5位，得到真實的溫度值 值 與設(shè)定的溫度值進行比較 報警并 結(jié)束 進制轉(zhuǎn)換 返回 開 始 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 圖 數(shù)據(jù)處理流程圖 其中，保存小數(shù)百分位是直接根據(jù)右移后的標志位，然后 直接置 DATAX 為 25，同理，十分位是 50。 在這個部分， DATAH 保存數(shù)據(jù)高 2 位， DATAL 保存數(shù)據(jù) 低 8 位，而小數(shù)部分由于不需要進制轉(zhuǎn)換，所以直接存放在 DATAX 中，直到最后顯示的時候調(diào)出來。 對此， 16 位數(shù)據(jù) 右移一位的程序如下： MOV A,DATAH 。數(shù)據(jù)高位保存在 A CLR C 。清除標志位 RRC A 。A 帶位右移 MOV DATAH,A 。A 保存在 DATAH MOV A,DATAL 。DATAL 存儲在 A 開始 將無關(guān)數(shù)據(jù)位置零 分別 右移 3 位 右移一位，得到小數(shù)百分位 右移移位，得到小數(shù)十分位 將數(shù)據(jù)存放在寄存器和內(nèi)存中 結(jié)束 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 RRC A 。帶位右移，此時 CY 是 DATAH 的最后一位 MOV DATAL,A。DATAL 右移，并且高位是 DATAH 的末位 對于特殊要保存小數(shù)位的右移，其程序如下： MOV A,DATAH CLR C RRC A MOV DATAH,A ； 16 位數(shù)據(jù)右移一位， MOV A,DATAL ；并且若一出一個高位，則 RRC A ；使兩位小數(shù) +25. MOV DATAL,A JNC SW MOV A,25H MOV DATAX,A SW: MOV A,DATAH ；同上，不過這次若是高 位，則 +50 CLR C