1、传感器与综合控制技术高等职业教育“十三五”规划教材（物联网应用技术系列）中国水利水电出版社第十章：温度传感器模块第十章：温度传感器模块的的设计与实现设计与实现Introduction 温度传感器模块是对外部温度进行测量的传感器模块，其工作原理、电路设计与实现、以及软件编写同样非常简单。通过对这个模块的学习，希望能使读者初步了解外部温度信号的采集到计算机处理的过程。本章的主要顺序为：首先直接给出温度传感器模块的项目规范，其中包含需要实现的具体功能。第二，使用计算机电路设计软件进行电路设计；第三，实际制造出该模块；最后通过编写简单的代码来对该模块进行测试与使用本章要点 本章需要掌握的要点如下：温度
2、传感器模块的电路设计温度传感器模块的制作与测试使用C语言测量温度传感器模块的输入信号 本章需要了解的要点如下：温度传感器的简单原理温度传感器模块的简单项目规范目录 10.1温度传感器模块与项目规范温度传感器模块与项目规范 10.2 使用使用DXP软件设计温度传感器模块软件设计温度传感器模块 10.3 实现温度传感器模块实现温度传感器模块 10.4 模块测试模块测试10.110.1温度传感器模块与项目规范温度传感器模块与项目规范 温度传感器是一种测量温度的敏感元件，一般采用特殊材料制成。温度传感器的种类众多，在应用与高精度、高可靠性的场合时 DALLAS（达拉斯）公司生产的 DS18B20 温度
3、传感器性能基本能够满足这种简单民用的需求。其特点是体积小，硬件设计简单，抗干扰，灵活性好。DS18B20 的主要特征如下：数字温度接口 单总线数据通信方式。最高12位分辨率，精度可达0.5摄氏度。12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒。检测温度范围为55C+125C(67F+257F)内置EEPROM，限温报警功能。64位光刻ROM，内置产品序列号，提供串行连接能力。DIP、Sop等多种封装。10.110.1温度传感器模块与项目规范温度传感器模块与项目规范 10.1.1温度传感器基本工作原理 DS18B20的一个工作周期分为两个部分：温度检测、数据处理。简述控制器对DS18B20操作的简要流
4、程：首先控制器必须对DS18B20芯片发复位信号。芯片返回一个存在脉冲，微控制器收到后表示连接已经建立。控制器发送ROM指令。控制器发送存储器操作指令。执行或数据读写。10.110.1温度传感器模块与项目规范温度传感器模块与项目规范 10.1.2温温度传感器模块项目规度传感器模块项目规范范 任务名称温度传感器模块设计要求 目标简述完成温度传感器模块的设计与实现 具体功能自行设计温度传感器模块的原理图与PCB。依照设计的PCB来焊接温度传感器模块电路板，并测试该电路板硬件正常，温度传感器模块信号线连接到P3.7口上。编写或是使用参考代码测试温度传感器模块电路板，温度传感器模块的值作为两位十六进制
5、数显示在P0口与P2口对应的LED上，且P2口为高位，P0口为地位。循环显示测到的温度值，测试的时候可以采用打火机靠近温度传感器以提高其温度，然后拿开看LED上的温度变化。10.110.1温度传感器模块与项目规范温度传感器模块与项目规范 10.1.2温度传感器模块项目规范温度传感器模块项目规范9、讲解用PPT,讲解用PPT上交文件名为：模块项目讲解文件.PPT10、全部文档资料整理打包,文件名为：序号_姓名.rar注意序号_姓名.rar打包文件目录列表：1.XXX算法文档.doc2.程序流程图.doc3.XXX.C注意源代码需要达到如下要求：a)源代码中最上面一行加一个注释，写上：序号_姓名上
6、面的要求（3）a)源代码关键位置给出注释上面的要求（4）a)函数的开始处写上注释上面的要求（5）1.XXX硬件测试文档.Doc2.XXX软件测试文档.DOC3.XXX功能说明书.DOC4.原理图与PCB文件5.问题文档.DOC6.模块项目讲解文件.PPT要求1、必须写出算法文档（中文、伪代码均可）注意1、主程序一个算法2、每个子程序（函数）各自一个算法2、必须画出程序流程图注意1、主程序一个程序流程图2、每个子程序（函数）各自一个程序流程图2.源代码上交与注释规范。3.硬件测试文档,硬件测试文档上交文件名为：XXX硬件测试文档.Doc5、必须给出软件代码测试的测试用例表格,软件代码测试文档上交
7、文件名为：XXX软件测试文档.DOC6、必须给出实体系统功能的功能说明书,功能说明书上交文件名为：XXX功能说明书.DOC7、原理图、PCB文档。原理图与PCB文档依照要求完成即可。8、本项目完成过程中的问题文档,上交文件名为：问题文档.DOC10.2 10.2 使用使用DXPDXP软件设计温度传感器模块软件设计温度传感器模块 器件手册上的设计参考图10.2 10.2 使用使用DXPDXP软件设计温度传感器模块软件设计温度传感器模块 设计的原理图与PCB10.3 10.3 实现温度传感器模块实现温度传感器模块 10.3.1硬件实现10.3 10.3 实现温度传感器模块实现温度传感器模块 10.
8、3.2软件设计与实软件设计与实现现 基本工作流程如下：第一步：微控制器对DS18B20芯片进行复位操作。由控制器或是单片机等可编程器件向DS18B20的单数据总线发送至少480us的低电平信号，该信号就是微控制器侧发到DS18B20的复位信号。第二步：微控制器等待接收存在脉冲。在微控制器发送复位电平完成之后，控制器将连接到DS18B20的单数据总线拉成高电平，然后监听该总线、以便于在1560us后接收DS18B20反馈回来的存在脉冲信号，存在脉冲为一个60240us的低电平信号。第三步：DS18B20响应存在脉冲。在微控制器发送复位信号到DS18B20之后，如果DS18B20正确接到此复位信号
9、，那么其会在1560us后通过总线向微控制器回复一个芯片的存在脉冲信号。若微控制器收到该存在脉冲信号，则表示双方握手成功。双方握手成功即表示控制器与DS18B20温度传感器进入数据通信过程。第四步：控制器发送ROM指令，用于分辨总线上挂接的多个DS18B20温度传感器器件。ROM指令为8位长度，功能是对片内的64位光刻ROM进行操作。ROM指令共有5条，每一个工作周期只能发一条，ROM指令分别是读ROM数据、指定匹配芯片、跳跃ROM、芯片搜索、报警芯片搜索。单总线上可以同时挂接多个器件，为了分辨一条总线上挂接的多个器件并作处理，当微处理器发ROM指令的时候，通过每个器件上所独有的ID号来区别不
10、同的器件。如果只挂接一个DS18B20芯片时则可以用跳过ROM指令（是一条单独的跳过指令）来跳过搜索总线上的多个器件的过程。第五步：控制器发送存储器操作指令：在ROM指令发送给DS18B20之后，立即发送存储器操作指令。存储器操作指令为8位操作指令，共即有6条存储器操作指令，这些指令分别是：写RAM数据、读RAM数据、将RAM数据复制到EEPROM、温度转换、将EEPROM中的报警值复制到RAM、工作方式切换。存储器操作指令的功能只有一个，就是控制DS18B20执行哪种任务、以及完成哪种操作。第六步：指令执行或数据读写操作。一个存储器操作指令结束后将进行指令执行或数据的读写操作，该操作要视存储
11、器操作指令而定。如执行温度转换指令则控制器必须等待DS18B20执行其指令，一般转换时间为500us。如执行数据读写指令则需要严格遵循DS18B20的读写时序来操作。10.3 10.3 实现温度传感器模块实现温度传感器模块 10.3.2软件设计与实现软件设计与实现操作演示操作演示10.4 10.4 模块测试模块测试传感器与综合控制技术高等职业教育“十三五”规划教材（物联网应用技术系列）中国水利水电出版社第十一章：基本计算机干预温度自控系统的第十一章：基本计算机干预温度自控系统的设计与实现设计与实现Introduction 基本计算机干预温度自控系统是将自动控制、计算机通讯联合起来，进行设计与实
12、现的一个相对实用一点的简单计算机干预测控系统。本章需要介绍的计算机控制系统是在前面第九章与第十章介绍的知识的基础上，通过结合RS232通讯技术、DS18B20温度传感器知识、以及第九章介绍的简单计算机测控系统，共同来设计与实现一个基本计算机干预温度自动控制系统的简单应用项目。本章的主要顺序为：首先给出基本计算机干预温度自动控制系统的项目规范，其中包含需要实现的具体功能。第二，使用对物理的电路连接方式进行介绍；第三，实际搭建出该基本计算机干预温度自控系统；最后通过编写控制代码来对该基本计算机干预温度自控系统进行测试与使用。本章要点 本章需要掌握的要点如下：基本计算机干预温度自控系统的物理电路设计
13、思想与实际搭建基本计算机干预温度自控系统的软件算法设计思想使用C语言编写软件实现基本计算机干预温度自控系统的行为 本章需要了解的要点如下：基本计算机干预温度自控系统的基本原理基本计算机干预温度自控系统的简单项目规范目录 11.1基本计算机干预温度自控系统简介基本计算机干预温度自控系统简介 11.2简单计算机干预温度自控系统项目目标与项目规范简单计算机干预温度自控系统项目目标与项目规范 11.3硬件系统设计与实现硬件系统设计与实现 11.4软件系统设计与实现软件系统设计与实现 11.5系统联合调试系统联合调试11.111.1基本计算机干预温度自控系统简介基本计算机干预温度自控系统简介 本章希望通
14、过基于前面章节的设计来完成一个带有一定实际应用价值的、基本的计算机干预温度自控系统。这种计算机干预温度自控系统一般的应用场景就是恒温环境，一个实际的应用场景如图：11.211.2简单计算机干预温度自控系统项目目简单计算机干预温度自控系统项目目标与项目规范标与项目规范 该系统的基本功能描述为：计算机能够随时干预该系统的开启工作状态、停止系统的工作状态、在系统的运行过程当中对系统的某些参数进行调节。系统非工作状态：系统的非工作状态是系统启动之后的工作状态，或者是计算机直接发命令进入这种工作状态。在系统非工作状态当中，只负责向上层的计算机系统传递当前的系统工作状态，例如：光电传感器是否检测到了物体、
15、温度传感器实时采集的数据、继电器组的状态等数据。系统并不对这些数据采取任何决策与处理工作、且不接受任何计算机对系统参数的调节命令。系统工作状态：系统的工作状态由计算机命令发起。当系统处于非工作状态时，如果计算机发起系统工作状态切换命令，则系统进行非工作状态到工作状态的切换。切换后的工作情况可大致分为一般情况与参数调节两种。在一般情况下，系统的行为与第九章大致一致，当光电传感器检测到外部信号则进行启动照明灯过程，并且当再次检测到该信号的时候关闭照明灯；该过程模拟了进入房间与退出房间的操作。当温度传感器检测到超过范围，则启动继电器开启温度调节过程，若温度到达指定温度则关闭继电器，停止温度调节过程。
16、参数调节为计算机系统需要设定温度范围，则发命令对系统温度范围进行调节，单片机系统在工作状态时接收到计算机发来的温度调节命令视为有效，则依照该命令参数进行温度范围设定的调节，并执行新的监控策略。并且，在系统工作过程当中，实时向上层的计算机系统发送整个系统的工作状态数据仍然是必须的11.211.2简单计算机干预温度自控系统项目目简单计算机干预温度自控系统项目目标与项目规范标与项目规范 上面对系统的行为描述绘制成如下的系统工作状态转换图，该简图供读者了解系统的两种工作状态的切换11.211.2简单计算机干预温度自控系统项目目简单计算机干预温度自控系统项目目标与项目规范标与项目规范 11.2.1计计算
17、机算机干预干预温度温度自控系统项目设计思自控系统项目设计思想想 设计与实现一个能够在计算机的干预下工作的单片机控制温度自动控制系统，其主要依据前述章节中设计的温度传感器模块、光电开关模块、继电器模块、通讯模块等来联合完成。典型的连接方式图11.211.2简单计算机干预温度自控系统项目目简单计算机干预温度自控系统项目目标与项目规范标与项目规范 11.2.2计算机干预温度自控系统需求与规范计算机干预温度自控系统需求与规范任务名称计算机干预温度自动控制系统设计要求目标简述完成计算机干预下的温度自动控制系统具体功能1.单片机系统启动后直接进入非工作状态，等待计算机发送开始自动工作命令。2.计算机系统发
18、送开始工作命令，单片机系统进入自动工作状态。3.计算机系统发送非工作命令，单片机系统进入非工作状态，并等待计算机发送开始工作命令4.无论在开始工作还是在停止工作状态，单片机系统应该实时向计算机系统传递测控端目标接口的工作状态数据。5.单片机系统连接光电开关模块，该模块的功能为采集外部开关信号。代表是否有人通过。当检测到有人时，单片机系统连接继电器模块，该模块的功能为控制外部220V交流照明灯的亮与灭。6.单片机系统连接温度传感器模块，该模块的功能为采集外部温度信号。采集到了温度信号之后，匹配当前的内部检测温度信号，如果未超出范围则不做任何操作。当超出温度范围则启动继电器接通温度调节设备调节环境
19、温度。7.在工作状态下接收计算机向系统发送的新的温度值，系统依据新的温度值重复6的工作。8.计算机与单片机系统通讯通过RS232来进行。9.命令协议格式：协议字节顺协议字节顺序序第一字节第一字节第二字节第二字节第三字节第三字节第四字节第四字节协议格式含协议格式含义义数据头操作类型选择操作内容数据尾数据尾系统开启系统开启0XAAFFFF0X55系统关闭系统关闭0XAAFF000X5511.211.2简单计算机干预温度自控系统项目目简单计算机干预温度自控系统项目目标与项目规范标与项目规范9、讲解用PPT,讲解用PPT上交文件名为：模块项目讲解文件.PPT10、全部文档资料整理打包,文件名为：序号_
20、姓名.rar注意序号_姓名.rar打包文件目录列表：1.XXX算法文档.doc2.程序流程图.doc3.XXX.C注意源代码需要达到如下要求：a)源代码中最上面一行加一个注释，写上：序号_姓名上面的要求（3）a)源代码关键位置给出注释上面的要求（4）a)函数的开始处写上注释上面的要求（5）1.XXX硬件测试文档.Doc2.XXX软件测试文档.DOC3.XXX功能说明书.DOC4.原理图与PCB文件5.问题文档.DOC6.模块项目讲解文件.PPT要求1、必须写出算法文档（中文、伪代码均可）注意主程序一个算法每个子程序（函数）各自一个算法2、必须画出程序流程图注意1.主程序一个程序流程图2.每个子
21、程序（函数）各自一个程序流程图源代码上交与注释规范。1.硬件测试文档,硬件测试文档上交文件名为：XXX硬件测试文档.Doc5、必须给出软件代码测试的测试用例表格,软件代码测试文档上交文件名为：XXX软件测试文档.DOC6、必须给出实体系统功能的功能说明书,功能说明书上交文件名为：XXX功能说明书.DOC7、原理图、PCB文档。原理图与PCB文档依照要求完成即可。8、本项目完成过程中的问题文档,上交文件名为：问题文档.DOC11.311.3硬件系统设计与实现硬件系统设计与实现 确定需要连接的关键连接方式：计算机与通讯模块的连接方式单片机板与通讯模块的连接方式单片机板与继电器模块的连接方式单片机板
22、与光电传感器模块的连接方式单片机板与温度传感器模块的连接方式继电器模块与外部受控的市电电路部分的连接方式继电器模块与外部受控的温度调节电路部分的连接方式11.311.3硬件系统设计与实现硬件系统设计与实现 11.3.1接口设计与实现接口设计与实现 计算机与通讯模块的连接方式11.311.3硬件系统设计与实现硬件系统设计与实现 11.3.1接口设计与实现接口设计与实现 单片机板与通讯模块的连接方式11.311.3硬件系统设计与实现硬件系统设计与实现 11.3.1接口设计与实现接口设计与实现 单片机板与继电器模块的连接方式11.311.3硬件系统设计与实现硬件系统设计与实现 11.3.1接口设计与
23、实现接口设计与实现 单片机板与光电传感器模块的连接方式11.311.3硬件系统设计与实现硬件系统设计与实现 11.3.1接口设计与实现接口设计与实现 单片机板与温度传感器模块的连接方式11.311.3硬件系统设计与实现硬件系统设计与实现 11.3.1接口设计与实现接口设计与实现 继电器模块与外部受控的市电电路部分的连接方式11.311.3硬件系统设计与实现硬件系统设计与实现 11.3.1接口设计与实现接口设计与实现 继电器模块与外部受控的温度调节电路部分的连接方式11.311.3硬件系统设计与实现硬件系统设计与实现 11.3.2硬件测试全部安装完毕之后的实物图11.411.4软件系统设计与实现
24、软件系统设计与实现 关键需求点分析：单片机系统启动后直接进入非工作状态，等待计算机发送开始自动工作命令。计算机系统发送开始工作命令，单片机系统进入自动工作状态。计算机系统发送停止工作命令，单片机系统进入非工作状态，并等待计算机发送开始工作命令 无论在开始工作还是在非工作状态，单片机系统应该实时向计算机系统传递测控端目标接口的工作状态数据。单片机系统连接光电开关模块，该模块的功能为采集外部开关信号。代表是否有人通过。单片机系统连接继电器模块，该模块的功能为控制外部220V交流照明灯的亮与灭。单片机系统连接继电器模块，该模块的功能为控制外部220V交流温度调节系统，继电器模块控制该系统的开启与关闭
25、。单片机系统连接温度传感器模块，该模块的功能为采集外部温度信号。采集到了温度信号之后，匹配当前的内部检测温度信号，如果未超出范围则不做任何操作。当超出温度范围则启动继电器接通温度调节设备调节环境温度。在工作状态下接收计算机向系统发送的新的温度值，系统依据新的温度值重复自动调节环境温度工作 计算机与单片机系统通讯通过RS232来进行11.411.4软件系统设计与实现软件系统设计与实现 11.4.1算法设计算法设计11.411.4软件系统设计与实现软件系统设计与实现 工作状态需要完成的任务工作状态总体需要完成四个任务：等待计算机的状态转换命令、工作状态的基本功能、向计算机实时传递当前系统的状态数据
26、、接收计算机发来的状态转换命令。显然，如果计算机不发命令来则不存在工作状态的转换问题；无工作状态转换则不存在基本功能的完成，当然系统没有在工作状态执行基本功能那么传递数据更加没有意义了，因此这四个任务是存在一定的先后关系的。11.411.4软件系统设计与实现软件系统设计与实现 非工作状态需要完成的任务非工作状态总体需要完成三个任务：等待计算机的状态转换命令、向计算机实时传递当前系统的状态数据、接收计算机发来的状态转换命令。同样，如果计算机不发命令来则不存在工作状态的转换问题；无工作状态转换则不存在当前系统非工作状态数据传递到计算机的问题，因此这三个任务也是存在一定的先后关系的。11.411.4
27、软件系统设计与实现软件系统设计与实现 主流程算法算法：单片机端主流程S1：系统初始化S2：在无限循环中做如下事件S2.1如果上位机有命令发来若为启动工作过程命令S2.1.1启动工作过程;S2.1.2向上位机系统传递测到的系统状态数据S2.2如果数据收集完成向上位机系统传递测到的系统状态数据11.411.4软件系统设计与实现软件系统设计与实现 命令获取算法算法：单片机使用中断接收上位机一串符号的算法输入：上位机发来的一个字节输出：合法的字符串注合法的字符串指0XAA开头0X55结束中间包含两个字节的四字节字串。S1：清除发送标志S2：判断当前字符是否为0XAA如果是0XAA，清缓冲准备从缓冲区起
28、点开始存放数据S3：如果当前是最后一个字节位置，则判断当前读入的字符是不是0X55如果是则通知主函数可以读命令了S4：存放该字节数据到当前缓冲位置S5：缓冲区存放位置下移一个字节S6：调节缓冲位置边界操作演示操作演示11.511.5系统联合调试系统联合调试接收到单片机的传递到计算机的数据图11.511.5系统联合调试系统联合调试状态变化图11.511.5系统联合调试系统联合调试发送开始工作命令图11.511.5系统联合调试系统联合调试正常工作状态的测控结果显示11.511.5系统联合调试系统联合调试发送停止工作状态命令传感器与综合控制技术高等职业教育“十三五”规划教材（物联网应用技术系列）中国
29、水利水电出版社第十二章：其他传感器模块简介第十二章：其他传感器模块简介Introduction 通过对前面总计十一章的学习，读者应当初步了解一个具有计算机干预能力的测控系统的开发过程，实际应用当中还有很多其他外围传感器可以使用。本章的目标是简要介绍这些传感器模块，并给出一些合适的设计。本章的主要顺序为：光照度传感器介绍温湿度传感器介绍烟雾传感器介绍超声波传感器介绍红外传感器介绍霍尔传感器介绍本章重点本章的内容均为了解性质的知识，读者如果有更加深入的需求，应当查看更专业的文献来进行应用系统外围模块的设计与实现目录 12.1光照度传感器模块简介光照度传感器模块简介 12.2温湿度传感器模块简介温湿
30、度传感器模块简介 12.3烟雾传感器模块简介烟雾传感器模块简介 12.4超声波传感器模块简介超声波传感器模块简介 12.5霍尔传感器模块简介霍尔传感器模块简介12.112.1光照度传感器模块简介光照度传感器模块简介12.212.2温湿度传感器模块简介温湿度传感器模块简介12.312.3烟雾传感器模块简介烟雾传感器模块简介12.412.4超声波传感器模块简介超声波传感器模块简介12.512.5霍尔传感器模块简介霍尔传感器模块简介传感器与综合控制技术高等职业教育“十三五”规划教材（物联网应用技术系列）第一章：计算机测控系统第一章：计算机测控系统Introduction 计算机控制系统(Comput
31、er Control System，简称CCS)是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。计算机测控系统与计算机控制系统基本属于同一类别。本章简述传感器与控制综合技术的基本构成，并希望读者初步了解计算机测控系统的架构本章要点 传感器与控制技术基本概念 电路设计软件要点概述 单片机技术要点概述 程序设计语言C在单片机中的使用要点概述 传感器技术要点概述目录 1.1传感器与综合技术概述 1.2电子电路设计软件 1.3单片机技术 1.4单片机C语言程序设计技术 1.5传感器技术1.1传感器与综合技术概述 传感器与控制综合技术是利用计算机技术、程序设计技术
32、、传感器技术、电子电路技术等相关综合技术结合而成的一种交叉学科的综合应用技术。1.1传感器与综合技术概述 硬件部分信号处理电路前端控制部分(执行器)计算机系统前端测量部分(传感器)信号处理电路测控目标操作系统（可选）算法与程序设计软件部分图1.1：传感器与综合技术概图1.2电子电路设计软件 Altium Desinger6.5（以下简称AD6）版本电路设计软件。使用AD软件进行电路设计两部分是最重要的 第一部分就是原理图设计，原理图设计完成了理论验证工作；其意思是：你的电路设计从软件的角度是正确的。第二部分就是PCB设计，PCB设计完成了实际电路生产之前的硬件线路定义，包含元件位置、走线的位置
33、、长短、粗细等问题。即：完成了实际的电路物理设计。AD6软件而言，重点需要掌握如下三个要点：1）原理图绘制：简单原理图绘制、元件与元件库制作2）从原理图进行编译自动导出PCB3）PCB绘制：简单PCB绘制、元件封装与封装库制作1.2电子电路设计软件1.2电子电路设计软件AD6.9软件界面如左图（AD6.5类似，目前AD6.9软件在WINDOWS XP以及以上版本操作系统上运行正常，下图的软件截屏为运行在windows 10 操作系统上的截屏。）如果用户需要更方便使用硬件电路设计软件，建议使用AD10以上版本，运行操作系统为WIN10以上，硬件为四核处理器，内存至少为16G，独立显卡。这样在硬件
34、设计过程当中细节会看得更清楚，而且软件使用更方便。1.3单片机技术 单片机（Microcontrollers）：即单片微型计算机，单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。1.3单片机技术图1.2：单片机测控系统例子目前多数的单片机（MCU）与微处理器均具有一定计算能力，允许用户完成如左图类似的闭环控制系统的应用。单片
35、机实物图（来自百度图片）国内最著名的单片机公司宏晶科技（）1.3单片机技术1.4单片机C语言程序设计技术 问题单片机如何能够实现整个系统的测控过程？采用计算机语言来编写代码、将代码翻译成单片机能够识别的“语言（HEX或是BIN文件）”将该“语言”“告诉”单片机（下载HEX或是BIN文件到单片机）。一旦完成上述过程，单片机就会无条件地“执行”计算机语言告诉它需要完成的事情了。问题采用什么语言？一般采用C语言。在现代信息系统当中，软件占有绝对的比在现代信息系统当中，软件占有绝对的比重重！因此：计算机测控系统当中最重要的也是软件系统，只是这个软件系统是计算机语言编写的。读者掌握本书除了硬件设计与实现
36、之外，最重要的就是“嵌入式软件设计”。单片机C语言设计技术需要掌握什么？（1）C语言程序设计技术（2）算法分析与设计1.4单片机C语言程序设计技术算法设计例子：1.4单片机C语言程序设计技术例子算法：使用一个简单算法描述图2的温室测控系统算法运行前提：假定系统通电即长期工作，断电即停止。算法输入：检测到的温湿度算法输出：对电动机（或是温度调节装置）的控制结果算法描述：第一步：系统初始化第二步：在无限循环中做读取当前的温湿度数据；如果 温度或湿度数据超标 启动电动机否则 关闭电动机 voidmain(void)InitialSystem();/系统初始化while(1)/在无限循环中做Tempe
37、rture=ReadTemperture();/读取温度数据Humidity=ReadHumidity();/读取湿度数据if(TempertureTempValue|HumidityHumiValue)/若温度或湿度数据超标StartMotor();/启动电动机else/否则CloseMotor();/关闭电动机注意到：算法写得足够好的时候，语言与算法之间有一一对应的关系。计算机程序设计需要这种基本能力才有可能在规定时间内完成将来的开发工作任务。算法不清晰直接敲代码是绝大多数错误的根源，因为大家都会重复修改问题，时间都是这样被浪费了。思考很多C语言教程都提到了不要使用“死循环”，为什么？难道
38、事实真的是这样吗？1.5传感器技术 传感器简单解释就是：能够“感觉”到某种信号的电子元件/部件/设备。无论如何解释，“感觉”是传感器的关键。例子：1）能够感觉到“开关量”的传感器。有人过来了还是没有人过来？生活中有哪些？2）能够感觉到“连续量”的传感器现在温度是多少？生活中有哪些？1.5传感器技术 传感器实物图（图片来自百度图片）温湿度传感器光照度传感器模块继电器模块光电开关加速度传感器模块 重要的区别一：敏感元件 与 传感器 的区别1.5传感器技术敏感元件：水银温度计，无法传递电信号不能被单片机识别 传感器：SHT11芯片能够传递电信号，可以想办法被单片机识别 重要的区别二：传感器 与 传感
39、器模块1.5传感器技术传感器：SHT11芯片能够传递电信号，但是单片机不能直接识别，需要“想办法”传感器模块：SHT11芯片加上外围电路，可以转换电信号为数字信号单片机通过某种方式读取数字信号，然后计算出对应的温度值1.5传感器技术图1.3：数字信号传感器与微处理器连接示意图图1.4：模拟信号传感器与微处理器连接示意图现场实训：先定一个小目标 E1.1使用DXP设计电路图作业：安装AD6.5软件使用AD6.5软件画出一个任意超过五个不同元件的原理图传感器与综合控制技术高等职业教育“十三五”规划教材（物联网应用技术系列）中国水利水电出版社第二章：核心控制系统硬件设计与实现第二章：核心控制系统硬件
40、设计与实现Introduction 目前，对于测控系统的关键在于其核心控制系统。为了方便使用，本章给出一个完整的核心控制系统设计与实现，这部分内容简要介绍了一个单片机最小系统的设计与实现过程。本章的目标是给出其设计到实现的全部过程，让读者能够初步了解整个系统的设计、实现、验证的过程，并对此类设计初步进行了解，并在后续章节的学习过程中通过掌握更多的技术最终能够实现本章的设计内容。本章要点 核心板设计思路 单片机核心板的关键组成部分 使用DXP软件AD6.5设计单片机核心板电路 核心板的焊接与调试 使用DXP软件AD6.5设计下载器电路 下载器电路的焊接与联合测试目录 2.1 单片机核心板介绍单片
41、机核心板介绍 2.2 使用使用DXP设计核心板设计核心板 2.3 焊接核心板焊接核心板 2.4核心板测试核心板测试2.1 2.1 单片机核心板介绍单片机核心板介绍 绝大多数单片机核心板的设计与实现过程基本类似 共同要点是：在任何处理器系统设计的过程中，应该遵循比较相似的法则或过程。逐步找到合适自己的方式，去完成某个嵌入式系统核心硬件部分的设计与实现工作。2.1 2.1 单片机核心板介绍单片机核心板介绍：总体设计流程 确定嵌入式系统核心处理器。查找器核心处理器对应的器件手册。依据器件手册上对处理器的工作要求，完成其三大工作条件的设计工作。依据器件手册上对处理器的接口部件要求，完成其对应的接口部分
42、设计工作。其他有关设计2.1 2.1 单片机核心板介绍单片机核心板介绍 单片机最小系统单片机最小系统：单片机最小系统就是一块精简的单片机开发板，出于成本考虑或设计实用需要等问题，最小系统只完成了单片机最基本的功能，而其他若需要解决应用问题，则需要外部扩展其他功能。单片机的最小系统通常包含电源部分、晶振部分、复位电路部分、外部I/O与其他等几个部分构成。2.1 2.1 单片机核心板介绍单片机核心板介绍：最小系统框架：最小系统框架单片机电源部分晶振部分复位电路外部I/O与其他部分2.1 2.1 单片机核心板介绍单片机核心板介绍 电源部分 晶振部分2.1 2.1 单片机核心板介绍单片机核心板介绍2.
43、1 2.1 单片机核心板介绍单片机核心板介绍 复位电路部分2.1 2.1 单片机核心板介绍单片机核心板介绍 外部I/O与其他2.2 2.2 使用使用DXPDXP设计核心板设计核心板 使用电路设计当中常用的软件DXP软件来进行原理图的设计介绍工作。本书采用的DXP软件版本为：Altium Designer 6.9（注意教材中多次提到Altium Designer 6.5，该版本为最低可使用的软件版本。虽然有更低的版本，但是AD6.5版是比较好用的最低的版本）注意本节后续的操作与教材基本一致，各位同学依照教材慢慢操作，重复多做几遍一定能够完成任务。2.2 2.2 使用使用DXPDXP设计核心板设计
44、核心板 2.2.1 DXP软件基础功能介绍软件基础功能介绍 基本设计步骤：第一步：新建工程第二步：新建原理图第三步：新建PCB第四步：新建原理图库第五步：新建PCB库第六步：Save All 保存所有文件操作演示2.2 2.2 使用使用DXPDXP设计核心板设计核心板 2.2.2使用使用DXP绘制核心板原理绘制核心板原理图图 原理图的设计较为简单，需要了解的过程与需要注意的问题 首先放置所有的元件。第二步对摆放好的元件进行连线，连线的时候注意红色的叉叉表示连接，黑色的叉表示没有连接好。注在原理图设计的时候常用的库只有两个：Miscellaneous Devices 和Miscellaneous
45、 Connectors。其中Miscellaneous Devices库中存放了常用的电子元件，例如电容、电阻等；Miscellaneous Connectors库中存放了常用的接头元件，例如插针。编译原理图、编译工程。操操作演示作演示2.2 2.2 使用使用DXPDXP设计核心板设计核心板 2.2.3使用使用DXP绘制核心板绘制核心板PCB绘制绘制PCB依照如下步骤进行依照如下步骤进行第一步：使用原理图导出第一步：使用原理图导出PCB第二步：元件布局第二步：元件布局第三步：设置规则第三步：设置规则第四步：布线第四步：布线第五步：其他处理第五步：其他处理操作演示操作演示2.3 2.3 焊接核心
46、板焊接核心板 完成电路设计工作之后，需要制造出该电路板，制造电路板的工作由电路板制版厂家完成，我们只需要将设计图文件发送给电路板的制版商家即可。在淘宝上用户可以找到很多PCB制造商，通过核实价格可以直接联系该商家进行电路板制造工作。焊接核心板的基本步骤如下：第一步：准备焊接环境第二步：元件焊接第三步：简要测试2.3 2.3 焊接核心板焊接核心板 2.3.1准备焊接环境准备焊接环境 典型的焊接工作环境所需的物品有：电烙铁万用表焊锡丝各种元器件其他有关设备2.3 2.3 焊接核心板焊接核心板 2.3.2元件的识别与简单判别元件的识别与简单判别 电阻2.3 2.3 焊接核心板焊接核心板 2.3.2元
47、件的识别与简单判别元件的识别与简单判别 电容：电容有些有正负极之分，有些没有，一般的电解电容的的负极有一条黑色的粗线，并在上面标注了“0”2.3 2.3 焊接核心板焊接核心板 2.3.2元件的识别与简单判别元件的识别与简单判别 排针：排针元件也有很多种不同的种类，它主要作为接插件使用，用于连接线或是其他的电路2.3 2.3 焊接核心板焊接核心板 2.3.2元件的识别与简单判别元件的识别与简单判别 LED发光二极管：在电路上有很多地方需要用信号灯来知识电路的工作状态，典型使用的元器件就是发光二极管，简称发光LED。LED发光二极管元件通常在未剪短引脚的前提下长脚为正极，短脚为负极2.3 2.3
48、焊接核心板焊接核心板 2.3.2元件的识别与简单判别元件的识别与简单判别 继电器：继电器元件主要用于控制工作，尤其适合于使用弱电控制强电的场合。例如，我们需要使用单片机控制市电（220V家用交流电）的通断，以实现控制室内的照明灯、电风扇等电器设备。继电器本质上是一个电子控制的开关元件2.3 2.3 焊接核心板焊接核心板 2.3.2元件的识别与简单判别元件的识别与简单判别 三极管：三极管是模拟电路与数字电路中最常用的器件之一，它能够实现开关、放大的基本能力2.3 2.3 焊接核心板焊接核心板 2.3.2元件的识别与简单判别元件的识别与简单判别 万能板：万能板是数字电路中常用于实验目的电子元件，它
49、作为电路的承载基板而使用，在其上面焊接很多电路，并进行初步调试，可以让用于初步验证电路的正确性，而避免昂贵的制版费用2.3 2.3 焊接核心板焊接核心板 2.3.2元件的识别与简单判别元件的识别与简单判别 单片机：数字电路中的核心元件通常是微控制器，微控制器中单片机是最重要的一类2.3 2.3 焊接核心板焊接核心板 2.3.3焊接核心板焊接核心板 核心板焊接的时候，需要准备的设备有：电烙铁、焊锡丝、镊子、尖嘴钳、万用表等工具 电烙铁：2.3 2.3 焊接核心板焊接核心板 2.3.3焊接核心板焊接核心板 焊锡丝、镊子、尖嘴钳2.3 2.3 焊接核心板焊接核心板 2.3.3焊接核心板焊接核心板 万
50、用表2.3 2.3 焊接核心板焊接核心板 2.3.3焊接核心板焊接核心板：焊接完成的简图（：焊接完成的简图（V1.0版电路，不带串口模块）版电路，不带串口模块）2.42.4核心板测试核心板测试 核心板测试的主要目的是确定核心板的可用性，测试的步骤如下：第一步：连接好硬件核心板与下载模块第二步：准备一个可下载的演示文件第三步：下载该文件到核心板第四步：观察模块的基本行为是否正确第五步：若不正确则从第一步开始查找问题，并重复上述步骤2.42.4核心板测试核心板测试 首先连接好核心板与下载模块。下载模块有两类，一类是RS232接口的下载模块，第二类是USB转RS232通讯的下载模块。现代计算机通常不
