第一章緒論1.1課題研究背景與意義溫度在制造和研究中非常重要。產(chǎn)品的許多物理現(xiàn)象和化學性質(zhì)都與溫度有關(guān)。許多生產(chǎn)過程都是在一定的溫度下進行的。需要測量的區(qū)域非常廣泛。如今的測量機常常使用傳統(tǒng)儀器，傳統(tǒng)測量儀器的功能是通過固定的硬件或軟件來實現(xiàn)的。這種模式?jīng)Q定了它只能由制造商定義和創(chuàng)建，其功能和規(guī)格大多是固定的，用戶無法隨意改變其結(jié)構(gòu)和功能。隨著科學技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的工具和測量儀器已經(jīng)不能滿足當今現(xiàn)代裝備的需求。，徹底打破了傳統(tǒng)樂器。輸出由制造商定義，用戶無法更改，這導致設(shè)備的測量和控制發(fā)生較大變化。虛擬設(shè)備的開發(fā)和使用于20世紀90年代初在我國誕生?，F(xiàn)已進入航天、航空、通訊、醫(yī)療、電力、石油勘探、鐵路等行業(yè)并得到廣泛應(yīng)用。未來市場潛力巨大。虛擬設(shè)備現(xiàn)已成為測量與控制的技術(shù)工具，代表了機械設(shè)備的未來發(fā)展。虛擬設(shè)備是通過實現(xiàn)將通用計算機和硬件設(shè)備連接起來的一種新型測控設(shè)備。用戶使用計算機通過友好的圖形用戶界面執(zhí)行數(shù)據(jù)采集、分析、處理、顯示和存儲測量數(shù)據(jù)等所有實驗任務(wù)，并使用自己指定和開發(fā)的復合材料。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器所需設(shè)備少、成本低、可重復使用：儀器的關(guān)鍵在于軟件、可定制、技術(shù)更新快、開發(fā)和維護成本低、開放性等諸多優(yōu)勢。以及外圍設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)連接。因此，虛擬機工具被許多國家所采用，在過去的十年里，虛擬機在世界范圍內(nèi)得到了發(fā)展，并在發(fā)展中國家變得非常流行。它們廣泛應(yīng)用于測量、分析、通信等眾多領(lǐng)域。目前，我們正朝著總線控制標準化、軟硬件模塊化、硬件模塊即插即用的方向發(fā)展：以圖形化、通用化、智能化、討論化方向教學搭建軟件編程平臺。目前，電氣設(shè)備發(fā)展中出現(xiàn)的虛擬設(shè)備概念已逐漸被許多領(lǐng)域所采用，對設(shè)備的使用變更和管理起到了重大的推動作用。利用現(xiàn)有的計算機以及必要的硬件和應(yīng)用程序創(chuàng)建虛擬儀器，它不僅具有儀器的主要功能，而且允許用戶根據(jù)需求的變化隨時進行配置。不同的應(yīng)用。虛擬工具不僅靈活、功能強大，而且簡單易用，使得技術(shù)變更和更新、操作和監(jiān)控變得容易，檢查系統(tǒng)的成本很低，可靠性高。1.1.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢目前，虛擬儀器在國外發(fā)展十分迅速。以NationalInstruments為代表的一些廠商推出了基于虛擬儀器技術(shù)的商用儀器產(chǎn)品。在美國，虛擬儀器及其圖形化編程語言已成為各大學理工科學生的必修課。美國大學機械工程系要求大三、大四學生在進行實驗時使用虛擬儀器進行數(shù)據(jù)采集和實驗指導。近年來，世界各地的虛擬儀器公司開發(fā)了許多虛擬儀器開發(fā)平臺軟件，允許用戶構(gòu)建自己的虛擬儀器或測試他們的系統(tǒng)并編寫測試軟件。最早、最有影響力的開發(fā)軟件是NI公司的LabVIEW和Labwindows/CVI。LabVIEW采用圖形化編程方案，是一款非常實用的開發(fā)軟件；Labwindows/CVI是Windows環(huán)境下標準的ANSIC開發(fā)軟件，專為熟悉C語言的開發(fā)人員而設(shè)計。除上述開發(fā)軟件外，還有美國HP公司的H-VEE和HPTIG軟件，美國Tektronix公司的Ez-Test和Tek-TNS軟件。美洲原住民。也是國際公認的優(yōu)秀虛擬儀器開發(fā)軟件。國內(nèi)一些大學實驗室已經(jīng)引進了虛擬儀器，國內(nèi)專家預測未來幾年我國儀器的50%將是虛擬儀器。國內(nèi)大量企業(yè)將采用虛擬儀器系統(tǒng)來實時檢測生產(chǎn)設(shè)備的運行狀態(tài)。隨著微機技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器已逐漸取代傳統(tǒng)儀器，成為檢測儀器的主流。虛擬儀器技術(shù)的提出和發(fā)展，標志著21世紀自動控制和電子測量裝置領(lǐng)域的一次重要技術(shù)發(fā)展。1.1.2LABVIEW的發(fā)展20世紀80年代初，隨著計算機接口技術(shù)的發(fā)展和軟件設(shè)計的用戶友好性的提高，蘋果公司推出了新的G語言，為虛擬設(shè)備軟件開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。此后，NationalInstruments（NI）公司開發(fā)了LABVIEW軟件包，專注于計算機測量和自動化領(lǐng)域，極大地豐富了LABVIEW的應(yīng)用范圍和功能。憑借其強大的數(shù)據(jù)采集、管理、分析和呈現(xiàn)功能，LABVIEW使專業(yè)人士和研究人員能夠充分利用個人計算機的強大功能，快速高效地完成他們的工作。隨著時間的推移，LABVIEW已經(jīng)發(fā)展成為一種有用的產(chǎn)品，其中包括由GPIB、VXI、串行端口、插入式DAQ板和驅(qū)動程序支持的函數(shù)庫，受到全球數(shù)百家評估公司的青睞。此外，圍繞LABVIEW核心軟件，還開發(fā)了多種擴展工具和附件。隨著LabVIEW不斷發(fā)展，NI不斷推出更新版本和功能增強，逐漸將其打造成為一個功能強大、易于使用的工程開發(fā)平臺。1992年，LabVIEW

3.0發(fā)布，引入了虛擬儀器技術(shù)，使得LabVIEW可以模擬傳統(tǒng)的硬件儀器。這一技術(shù)讓工程師和科學家能夠利用PC和數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)建出各種虛擬儀器，實現(xiàn)了硬件的軟件化，極大地降低了實驗和測試的成本。隨著LabVIEW在各個領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸擴展，NI不斷加強對LabVIEW的支持和開發(fā)，推出了一系列的工具包和模塊，以滿足不同行業(yè)和應(yīng)用的需求。1997年，LabVIEW

5.0引入了網(wǎng)絡(luò)通信功能，使得LabVIEW可以輕松地與其他設(shè)備和系統(tǒng)進行通信和集成。2009年，LabVIEW

2009發(fā)布，引入了基于面向?qū)ο蟮木幊谭妒?，進一步提升了LabVIEW的開發(fā)效率和靈活性。LabVIEW的發(fā)展也得益于其強大的用戶社區(qū)和生態(tài)系統(tǒng)。NI積極推動LabVIEW的教育和培訓，培養(yǎng)了大批的LabVIEW開發(fā)者和應(yīng)用專家，形成了一個龐大的技術(shù)社區(qū)。同時，NI還與各個行業(yè)的合作伙伴緊密合作，共同開發(fā)出各種針對性的解決方案和應(yīng)用案例，為LabVIEW的推廣和應(yīng)用提供了有力支持。總的來說，LabVIEW作為一種圖形化編程環(huán)境，通過其簡單易用的界面和強大的功能，為工程師和科學家提供了一種高效、靈活的開發(fā)方式，極大地促進了控制、測量和數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域的創(chuàng)新和發(fā)展。隨著技術(shù)的不斷演進和應(yīng)用的不斷拓展，LabVIEW必將繼續(xù)發(fā)揮重要作用，為各個行業(yè)帶來更多的價值和機遇1.2主要研究內(nèi)容基于LabVIEW的溫度采集系統(tǒng)主要包括溫度傳感器的選擇與優(yōu)化、數(shù)據(jù)采集卡的選型與配置、數(shù)據(jù)傳輸與處理算法的設(shè)計與實現(xiàn)等方面。具體來說，我們將研究如何提高溫度傳感器的精度和穩(wěn)定性、如何優(yōu)化數(shù)據(jù)采集卡的配置等關(guān)鍵問題。具體目標包括：1、選擇合適的溫度傳感器和數(shù)據(jù)采集卡，提高測量精度和穩(wěn)定性；2、使用LabVIEW創(chuàng)建實時溫度信號采集、處理和分析的系統(tǒng)軟件。3、優(yōu)化系統(tǒng)性能，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性；4、實現(xiàn)與其他系統(tǒng)的集成和交互，提高系統(tǒng)的綜合應(yīng)用價值。5、對采集到的溫度數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波和時域/頻域分析，以獲得有用信息；第二章擠壓模具模型的數(shù)值模擬分析第二章溫度采集系統(tǒng)整體設(shè)計2.1虛擬儀器的基本構(gòu)成據(jù)其創(chuàng)建者美國國家儀器公司介紹，虛擬儀器技術(shù)是一種利用高性能硬件和靈活軟件來完成各種測試、測量和自動化應(yīng)用的技術(shù)。該工具將設(shè)備性能測量和人機交互結(jié)合起來，取得了良好的性能。虛擬設(shè)備通常由三部分組成：標準總線設(shè)備和應(yīng)用軟件，如通用總線、串行總線、總線等。虛擬設(shè)備由總線系統(tǒng)、測量區(qū)域標準VME總線的擴展以及硬件接口組成。其硬件可分為計算機系統(tǒng)、硬件接口設(shè)備和驅(qū)動軟件，程序可作為硬件來編寫。另外，虛擬設(shè)備根據(jù)輸入對設(shè)備進行劃分，只需要更多的信息就可以完成集合的采集、分配、存儲和處理，如紅表等模型總線模擬電路?；赑XI總線的虛擬設(shè)備可以滿足開發(fā)新項目的需求。虛擬廣泛應(yīng)用于工業(yè)測試，甚至自動化、煉油、生產(chǎn)控制等領(lǐng)域。這是由于虛擬機工具能夠提供更好的性能和靈活性，同時還能降低系統(tǒng)和維護成本。2.2虛擬儀器的主要特點虛擬設(shè)備是利用計算機技術(shù)在設(shè)備中創(chuàng)建的一種新型重要設(shè)備。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器的主要特點可概括如下：1、關(guān)于以“軟件是工具”的新概念取代“硬件是主體”的概念。軟件扮演了以前由硬件甚至完整系統(tǒng)使用的工具的角色。軟件是虛擬設(shè)備的基礎(chǔ)，而虛擬設(shè)備中的硬件僅作為輸入和輸出信號。這就是虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的區(qū)別。一個很好的解決方案。虛擬設(shè)備的計算能力和智能大多依賴于軟件，當用戶根據(jù)自己的需要設(shè)計時，可以利用該過程完成高級、熟練或?qū)I(yè)，從而將家電水平提升到一個新的水平。此外，虛擬工具利用計算機圖形用戶界面的全部資源創(chuàng)建圖形軟面板來取代傳統(tǒng)的控制面板，從而實現(xiàn)真正的用戶友好界面和人機交互。2、虛擬機的操作可以由用戶定義，虛擬機的操作可以由用戶的計算機創(chuàng)建，使得儀器不需要通過硬件來確定設(shè)備的所有功能。標準測量一旦創(chuàng)建和創(chuàng)建就無法更改。當需要時，用戶可以通過軟件編程添加新的功能，而無需購買新的設(shè)備，使虛擬儀器能夠識別各種儀器的不同功能，提高工作工具使用的靈活性。3、易于搭建網(wǎng)絡(luò)化檢測設(shè)備，虛擬設(shè)備是基于計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和技術(shù)接口的，它們簡單、易于連接，可以與網(wǎng)絡(luò)及其他外圍設(shè)備進行交互。隨著技術(shù)的發(fā)展，電子網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)運而生，它是一種基于Web技術(shù)的新型虛擬設(shè)備，使虛擬設(shè)備成為互聯(lián)網(wǎng)的一部分。測量和控制過程之間的聯(lián)系..4、虛擬資產(chǎn)和軟件都建立了開放的業(yè)務(wù)標準和公認的標準，系統(tǒng)具有良好的開放性和靈活性。從身體接收的數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)設(shè)備應(yīng)組合并內(nèi)置于數(shù)據(jù)接收卡中，稱為即插即用的硬件模塊。軟件系統(tǒng)的開發(fā)基于設(shè)計理念，函數(shù)庫、動態(tài)鏈接庫、類庫的大量使用，使得代碼變得有用。2.3虛擬儀器的體系結(jié)構(gòu)虛擬儀器（Virtual

Instrumentation）是指利用計算機軟件和硬件來模擬、實現(xiàn)和控制各種測試、測量和控制儀器的技術(shù)和方法。虛擬儀器體系結(jié)構(gòu)是指構(gòu)成虛擬儀器系統(tǒng)的各個組成部分以及它們之間的交互關(guān)系。典型的虛擬儀器體系結(jié)構(gòu)包括以下幾個關(guān)鍵組件：前端傳感器/執(zhí)行器：前端傳感器負責將待測量的物理量轉(zhuǎn)換為電信號，而執(zhí)行器則負責根據(jù)控制信號執(zhí)行相應(yīng)的操作。這些傳感器和執(zhí)行器可以是各種不同類型的傳感器、執(zhí)行器或轉(zhuǎn)換器，如溫度傳感器、壓力傳感器、電動執(zhí)行器等。數(shù)據(jù)采集硬件：數(shù)據(jù)采集硬件用于將前端傳感器采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將其傳輸給計算機進行處理。數(shù)據(jù)采集硬件通常由數(shù)據(jù)采集卡或模塊組成，其中包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、數(shù)字信號處理器（DSP）和各種輸入/輸出（I/O）接口。計算機：計算機作為虛擬儀器系統(tǒng)的核心，負責控制和管理整個系統(tǒng)的運行。計算機通過安裝特定的虛擬儀器軟件來實現(xiàn)對儀器的控制、數(shù)據(jù)采集、分析和顯示等功能虛擬儀器軟件：虛擬儀器軟件是一種圖形化編程環(huán)境，用于實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集硬件的控制和數(shù)據(jù)處理。其中，LabVIEW是最常用的虛擬儀器軟件之一，它采用了圖形化編程語言G（Graphical

Programming

Language），使用戶可以通過拖拽和連接圖形化元素來構(gòu)建程序，而無需編寫傳統(tǒng)的文本代碼。用戶界面：用戶界面是虛擬儀器系統(tǒng)與用戶之間的交互界面，用于顯示實時數(shù)據(jù)、操作控制儀器和配置測量參數(shù)等。用戶界面通常由虛擬儀器軟件提供的可視化工具和控件組成，如圖形指示器、控制按鈕、圖表和圖形等。數(shù)據(jù)存儲和分析：虛擬儀器系統(tǒng)通常需要將采集到的數(shù)據(jù)進行存儲和分析，以便進一步處理和解釋。因此，數(shù)據(jù)存儲和分析模塊通常包括數(shù)據(jù)存儲器、數(shù)據(jù)處理算法和數(shù)據(jù)分析工具等，用于對采集到的數(shù)據(jù)進行處理、分析和展示。綜上所述，虛擬儀器體系結(jié)構(gòu)是由前端傳感器/執(zhí)行器、數(shù)據(jù)采集硬件、計算機、虛擬儀器軟件、用戶界面和數(shù)據(jù)存儲與分析模塊等組成的系統(tǒng)框架。這些組件之間密切合作，共同實現(xiàn)了對各種測試、測量和控制任務(wù)的高效完成，為工程、科研和教育等領(lǐng)域提供了強大的技術(shù)支持。2.4系統(tǒng)的設(shè)計要求及方案2.4.1系統(tǒng)的設(shè)計要求1.系統(tǒng)需求分析：明確系統(tǒng)的功能和性能要求，例如溫度測量范圍、精度要求、采樣率等。2.傳感器選擇和接口設(shè)計：根據(jù)需求選擇適合的溫度傳感器，并設(shè)計相應(yīng)的接口電路，將傳感器與LabVIEW軟件進行連接。3.數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計：設(shè)計數(shù)據(jù)采集模塊，用于實時采集傳感器產(chǎn)生的溫度數(shù)據(jù)，可以使用LabVIEW提供的DAQ(DataAcquisition)功能或者其他硬件設(shè)備。4.數(shù)據(jù)處理與分析：利用LabVIEW的圖形化編程環(huán)境，開發(fā)數(shù)據(jù)處理模塊，對采集到的溫度數(shù)據(jù)進行濾波、校準和計算等處理，例如平均值、最大值、最小值、標準差等統(tǒng)計指標的計算。5.用戶界面設(shè)計：使用LabVIEW的界面開發(fā)工具，設(shè)計直觀美觀的用戶界面，用于顯示溫度數(shù)據(jù)圖表、統(tǒng)計結(jié)果以及系統(tǒng)狀態(tài)信息，并提供操作控制和參數(shù)設(shè)置功能。6.數(shù)據(jù)存儲和導出：設(shè)計數(shù)據(jù)存儲模塊，將采集到的溫度數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫或文件中，同時支持數(shù)據(jù)的導出和備份功能。7.測試與驗證：進行系統(tǒng)功能測試和性能驗證，確保系統(tǒng)滿足設(shè)計要求，并進行實際環(huán)境下的溫度采集和監(jiān)測實驗。2.4.2系統(tǒng)的設(shè)計方案該系統(tǒng)是一個溫度采集系統(tǒng)，主要用于溫度數(shù)據(jù)的收集。經(jīng)過考慮，我們決定使用DS18B20溫度傳感器模塊作為系統(tǒng)的溫度傳感器，而不是Pt100溫度傳感器。我們選擇DS18B20的原因有兩個：首先，DS18B20使用起來非常方便，它采用單線數(shù)據(jù)傳輸；其次，DS18B20的測溫范圍更廣泛。在本系統(tǒng)的設(shè)計方案中上位機是主機，主要負責顯示溫度值、溫度曲線和超限報警等功能。下位機作為從機，主要負責溫度檢測、實時顯示和數(shù)據(jù)傳輸。上位機選用PC機，而下位機則選用51單片機結(jié)合DS18B20溫度傳感器模塊。DS18B20具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低和實時性好等優(yōu)點，可以實時采集周圍環(huán)境的溫度值。2.4.3數(shù)據(jù)采集流程在這個系統(tǒng)中，設(shè)計是首要的任務(wù)。由LabVIEW發(fā)出指令，當主機發(fā)送采集溫度命令后，DS18B20溫度傳感器開始工作，并通過單片機進行連接。傳感器調(diào)用讀取溫度子程序，將溫度數(shù)據(jù)傳輸至單片機。隨后，單片機調(diào)用數(shù)碼管顯示函數(shù)將溫度值顯示出來。同時，單片機將數(shù)據(jù)發(fā)送到串口上，并等待上位機LabVIEW程序接收和處理數(shù)據(jù)、顯示和存儲。這個系統(tǒng)的整個過程非常精密，每一個步驟都需要精確的操作才能保證數(shù)據(jù)的準確性。2.3本章小結(jié)本章為虛擬儀器的介紹和溫度采集系統(tǒng)的整體設(shè)計，詳盡闡述了溫度采集系統(tǒng)的總體設(shè)計，包括設(shè)計規(guī)范、構(gòu)思、系統(tǒng)架構(gòu)和數(shù)據(jù)收集流程的規(guī)劃。讀完這一章，讀者將能理解系統(tǒng)的概貌，掌握其硬件構(gòu)成和數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂?。接下來的?nèi)容將進一步剖析各個硬件模塊的基本運作機制、設(shè)計思路及它們在該系統(tǒng)中的實際應(yīng)用情況。第三章系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)的硬件組成(1)使用DS18B20溫度傳感器記錄溫度并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(2)采用OLED液晶顯示模塊顯示實時溫度(3)采用STC90C52單片機作為下位機核心控制器(4)采用結(jié)合虛擬儀器技術(shù)的PC機作為上位機(5)采用串行通信方式實現(xiàn)單片機與PC機之間的數(shù)據(jù)傳輸(6)低電平觸發(fā)有源蜂鳴器模塊，用于達到預定閾值時報警提醒。溫度采集系統(tǒng)硬件有兩個部分：上位機是由PC機跟虛擬儀器軟件相結(jié)合組成，下位機由STC90C52單片機和DS18B20溫度采集模塊組成。3.2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖3.3單片機最小系統(tǒng)設(shè)計3.3.1STC89C52單片機簡述STC89C52單片機是一款功耗比較低、性能相對比校高且穩(wěn)定的8位的核心控制器件。具有低功耗和高性能的特點。它的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠同時處理8個二進制處理器，這使得它在處理多任務(wù)時表現(xiàn)出色，尤其是在需要高效能但預算有限的應(yīng)用場景中?？删幊涕W存的特性允許用戶根據(jù)需求靈活地編寫和修改程序。該單片機的一個重要優(yōu)勢是其節(jié)能模式。在系統(tǒng)負載較輕時，CPU可以進入低功耗模式，如OHZ靜態(tài)邏輯操作，此時雖然CPU停止執(zhí)行指令，但RAM、串行通信接口、定時器/計數(shù)器以及中斷系統(tǒng)仍然保持活動，這樣可以在需要時快速響應(yīng)。如果進一步進入關(guān)機保護模式，RAM的數(shù)據(jù)將被保留，而振蕩器停止工作，幾乎所有的內(nèi)部操作都會暫停，直到有中斷或復位信號喚醒系統(tǒng)。這種設(shè)計對于電池供電或需要長時間待機的設(shè)備尤其有用，因為它極大地降低了能量消耗?？偟膩碚f，STC89C52單片機因其性價比高、靈活性強和穩(wěn)定性好，常被用于各種嵌入式系統(tǒng)、工業(yè)控制、智能家居等領(lǐng)域。在項目開發(fā)中，選擇這樣的單片機可以有效地平衡性能和成本，同時簡化編程和維護工作。3.3.2復位電路復位電路是數(shù)字電路中的一個重要組成部分，它的作用是在系統(tǒng)啟動或發(fā)生異常情況時，將系統(tǒng)恢復到一個已知的、可控的狀態(tài)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。復位電路通常由復位觸發(fā)器、延時器和控制邏輯等組件構(gòu)成。復位觸發(fā)器是復位電路的核心部件之一。它通常是一個觸發(fā)器或門電路，接收來自外部復位信號的觸發(fā)，然后輸出一個穩(wěn)定的復位信號。當外部復位信號觸發(fā)時，復位觸發(fā)器會將系統(tǒng)中的各種觸發(fā)器、寄存器和邏輯電路置為其初始狀態(tài)，使系統(tǒng)重新開始運行。延時器是復位電路的另一個重要組成部分。延時器用于延遲復位信號的傳播時間，以確保系統(tǒng)中的各個部件有足夠的時間完成復位過程。延時器的設(shè)計通?；赗C電路或基于計數(shù)器的定時器，可以通過調(diào)整電容或定時器的參數(shù)來實現(xiàn)不同的延時要求。此外，復位電路還包括控制邏輯部分，用于處理復位信號的觸發(fā)和延時?？刂七壿嬐ǔＳ蛇壿嬮T、計數(shù)器和狀態(tài)機等組件構(gòu)成，它們可以根據(jù)系統(tǒng)的需要實現(xiàn)復雜的復位邏輯，如級聯(lián)復位、優(yōu)先級復位等。在實際應(yīng)用中，復位電路通常與微處理器、微控制器或FPGA等數(shù)字系統(tǒng)緊密集成，以確保系統(tǒng)在啟動時處于正確的狀態(tài)。復位電路的設(shè)計需要考慮系統(tǒng)的特性、穩(wěn)定性和響應(yīng)時間等因素，以確保系統(tǒng)能夠在各種異常情況下可靠地工作?？偟膩碚f，復位電路在數(shù)字系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，它能夠有效地保護系統(tǒng)免受意外故障和異常情況的影響，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。通過合理設(shè)計和實現(xiàn)復位電路，可以提高系統(tǒng)的性能和可維護性，為數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用提供良好的支持。圖3.1復位電路原理圖3.3.3晶振電路晶振電路是一種常見的電子電路，用于產(chǎn)生穩(wěn)定的高頻振蕩信號。它通常由晶體振蕩器、放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)等組件構(gòu)成。晶振電路在許多電子設(shè)備中都有廣泛應(yīng)用，例如微處理器、計算機、通信設(shè)備等。晶振電路的核心是晶體振蕩器，它使用晶體的壓電效應(yīng)來產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩信號。晶體通常是一種石英晶體，其結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生特定的諧振頻率。當晶體受到外部電壓激勵時，它會以其特定的諧振頻率振蕩，產(chǎn)生一個穩(wěn)定的高頻信號。晶振電路中的放大器負責放大晶振器產(chǎn)生的振蕩信號，并將其輸出給后續(xù)的電路。放大器通常采用差分放大器或共射放大器等電路結(jié)構(gòu)，以確保輸出信號的穩(wěn)定性和幅度。反饋網(wǎng)絡(luò)是晶振電路中的另一個重要組成部分，它將一部分輸出信號反饋給晶振器的輸入端，以維持振蕩的穩(wěn)定性和頻率。反饋網(wǎng)絡(luò)通常由電容和電阻構(gòu)成，用于調(diào)整振蕩器的工作條件，使其在指定的頻率范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。晶振電路的工作原理基于正反饋機制，即通過將一部分輸出信號反饋給輸入端來維持振蕩器的振蕩。當振蕩信號被放大器放大后，反饋網(wǎng)絡(luò)將一部分信號送回晶振器，使其保持在諧振頻率附近振蕩。這種正反饋機制能夠使晶振電路產(chǎn)生穩(wěn)定的高頻振蕩信號?？偟膩碚f，晶振電路是一種重要的電子電路，用于產(chǎn)生穩(wěn)定的高頻振蕩信號。它由晶體振蕩器、放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)等組件構(gòu)成，通過正反饋機制實現(xiàn)振蕩信號的穩(wěn)定產(chǎn)生。晶振電路在現(xiàn)代電子設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用，為設(shè)備的性能和穩(wěn)定性提供了重要的支持。本次設(shè)計選擇了11.0592MHz的晶體振蕩頻率，外部并聯(lián)了兩個特定的諧振電容器，選用22pF的電容，其中XTAL1作為反相放大器的輸入，XTAL2作為輸出。如圖3.2所示圖3.2晶振電路原理圖3.4DS18B20溫度采集模塊3.4.1工作原理S18B20溫度采集模塊是一種基于數(shù)字式溫度傳感器DS18B20的電子模塊，用于實時監(jiān)測環(huán)境溫度并將數(shù)據(jù)傳輸至微處理器或其他數(shù)字設(shè)備。它具有高精度、數(shù)字輸出、單總線通信等特點，廣泛應(yīng)用于各種溫度監(jiān)測和控制系統(tǒng)中。下面將詳細介紹DS18B20溫度采集模塊的工作原理。DS18B20溫度傳感器：DS18B20是一種數(shù)字式溫度傳感器，內(nèi)部集成了溫度傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和通信接口等功能。它采用獨特的1-Wire總線通信協(xié)議，可以通過單一總線進行數(shù)據(jù)傳輸和控制。DS18B20傳感器工作時會將環(huán)境溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過總線發(fā)送給控制器?？偩€通信：DS18B20溫度傳感器采用1-Wire總線通信協(xié)議與控制器進行通信。這種協(xié)議基于單根總線實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸，包括數(shù)據(jù)傳輸、命令傳輸和控制信號傳輸?shù)?。在總線上，每個DS18B20傳感器都有唯一的64位ROM地址，控制器可以通過這個地址選擇并與特定傳感器進行通信。工作原理：當DS18B20溫度采集模塊接收到采集溫度命令后，控制器向總線發(fā)送啟動信號，并選擇要采集數(shù)據(jù)的DS18B20傳感器。傳感器接收到啟動信號后，開始進行溫度轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果以數(shù)字信號的形式發(fā)送回控制器。溫度轉(zhuǎn)換：DS18B20傳感器內(nèi)部采用模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）將溫度信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。它通過測量溫度對應(yīng)的電壓值，并將其轉(zhuǎn)換為12位的數(shù)字數(shù)據(jù)，表示環(huán)境溫度的實際數(shù)值。轉(zhuǎn)換過程中，DS18B20傳感器會根據(jù)其內(nèi)部的校準參數(shù)對溫度值進行修正，以確保輸出的溫度數(shù)據(jù)具有高精度和準確性。數(shù)據(jù)傳輸：DS18B20傳感器通過1-Wire總線將轉(zhuǎn)換后的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器。數(shù)據(jù)傳輸采用時序同步通信方式，傳感器在總線上發(fā)送數(shù)據(jù)位和接收應(yīng)答位時會按照一定的時序規(guī)則進行操作，以確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸和正確解析。數(shù)據(jù)處理：控制器接收到DS18B20傳感器發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)后，會進行解析和處理。它首先根據(jù)1-Wire通信協(xié)議進行數(shù)據(jù)幀的解析，提取出溫度數(shù)據(jù)并進行單位轉(zhuǎn)換和校準，最終得到環(huán)境溫度的實際數(shù)值?？刂破骺梢愿鶕?jù)需要將溫度數(shù)據(jù)顯示在LED數(shù)碼管、液晶顯示屏或發(fā)送至上位機進行進一步處理和顯示。DS18B20溫度采集模塊的工作原理主要涉及到DS18B20溫度傳感器的工作原理和1-Wire總線通信協(xié)議。通過控制器發(fā)送啟動信號、接收溫度數(shù)據(jù)并進行解析處理，實現(xiàn)了對環(huán)境溫度的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集。3.4.2DS18B20的特點DS18B20是一種數(shù)字式溫度傳感器，具有許多優(yōu)點和特點，使其成為廣泛應(yīng)用于各種溫度監(jiān)測和控制系統(tǒng)中的理想選擇。首先，它提供數(shù)字輸出，直接以數(shù)字形式表示溫度值，簡化了數(shù)據(jù)處理流程。其次，采用1-Wire總線通信協(xié)議，通過單根總線與控制器通信，簡化了系統(tǒng)的布線結(jié)構(gòu)。此外，DS18B20具有較高的溫度測量精度，可達±0.5°C，適用于對溫度精度要求較高的應(yīng)用場景。它還能在廣泛的溫度范圍內(nèi)工作，通?？蛇_-55°C至+125°C，應(yīng)用范圍廣泛。每個DS18B20傳感器都具有唯一的64位ROM地址，方便多個傳感器的并聯(lián)使用。同時，DS18B20功耗低，適合長時間連續(xù)工作或電池供電的應(yīng)用場景。各種封裝形式如TO-92、TO-220、SOIC等，便于與其他電子器件進行集成和應(yīng)用。最后，DS18B20接口簡單易用，只需連接單根總線和電源線即可實現(xiàn)與控制器的通信和數(shù)據(jù)傳輸。這些特點使得DS18B20成為各種溫度監(jiān)測和控制系統(tǒng)中的理想選擇，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測、智能家居、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。3.4.3DS18B20管腳排列(I)GND為電源地：(2)DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端：(3)VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）圖3.3DS18B20底部引腳3.4.4DS18B20的工作時序初始化時序DS18B20的初始化時序是確保傳感器正常工作的關(guān)鍵步驟之一。初始化時序包括啟動溫度轉(zhuǎn)換和發(fā)送命令等步驟。首先，控制器發(fā)送啟動信號給DS18B20傳感器，信號由低至高電平變化，持續(xù)時間不少于480微秒。接著，控制器發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令給傳感器，將總線拉低，持續(xù)時間為不少于60微秒，然后釋放總線，由傳感器接管總線并開始溫度轉(zhuǎn)換。在此期間，傳感器內(nèi)部會對環(huán)境溫度進行測量，并將溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號?？刂破髟诎l(fā)送命令后，需要等待一段時間以確保溫度轉(zhuǎn)換完成。DS18B20傳感器的轉(zhuǎn)換時間取決于其分辨率設(shè)置，一般情況下，轉(zhuǎn)換時間范圍為94毫秒至750毫秒?？刂破髟诘却陂g可以執(zhí)行其他操作或者進行休眠以節(jié)省能量。完成溫度轉(zhuǎn)換后，DS18B20傳感器會將溫度數(shù)據(jù)存儲在其內(nèi)部緩沖區(qū)中，并準備好將數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器?？刂破魍ㄟ^發(fā)送讀取溫度命令來請求傳感器發(fā)送溫度數(shù)據(jù)。在總線上發(fā)送讀取溫度命令后，控制器釋放總線并準備接收來自傳感器的數(shù)據(jù)。DS18B20傳感器將溫度數(shù)據(jù)以序列化的方式發(fā)送給控制器，每個位（包括溫度值和校驗位）的持續(xù)時間為不超過15微秒，總共有9個字節(jié)的數(shù)據(jù)?？刂破髟诮邮盏剿袛?shù)據(jù)后，會進行校驗以確保數(shù)據(jù)的完整性和準確性。最后，控制器在接收到溫度數(shù)據(jù)后，可以將其進行解析和處理，得到環(huán)境溫度的實際數(shù)值，并進行后續(xù)的操作，如顯示、記錄或控制等。綜上所述，DS18B20的初始化時序是確保傳感器正常工作的重要步驟之一。通過發(fā)送啟動信號、溫度轉(zhuǎn)換命令和讀取溫度命令等操作，控制器能夠與傳感器進行有效的通信，并獲取到準確的溫度數(shù)據(jù)，滿足各種溫度監(jiān)測和控制系統(tǒng)的需求。圖3.4初始化時序示意圖寫操作時序DS18B20的寫操作時序是確保在與傳感器進行通信時正確發(fā)送命令和數(shù)據(jù)的關(guān)鍵步驟之一。寫操作時序包括向傳感器發(fā)送寫入命令和相應(yīng)的數(shù)據(jù)，以及等待傳感器響應(yīng)的過程?？刂破魍ㄟ^單總線通信向DS18B20傳感器發(fā)送寫入命令。寫入命令的格式由1-Wire協(xié)議規(guī)定，通常是將總線拉低一段時間表示開始寫入操作，然后發(fā)送特定的命令字節(jié)給傳感器。這些命令字節(jié)包括功能碼和相應(yīng)的控制參數(shù)，例如溫度轉(zhuǎn)換命令、配置參數(shù)設(shè)置等。然后控制器向傳感器發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的傳輸方式與命令相似，通過將總線拉低和釋放來表示不同的數(shù)據(jù)位。控制器根據(jù)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)類型和格式，將數(shù)據(jù)逐位發(fā)送給傳感器，確保數(shù)據(jù)的準確傳輸和完整性。傳感器在接收到命令和數(shù)據(jù)后，會進行相應(yīng)的處理。例如，在接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，傳感器會啟動溫度轉(zhuǎn)換過程；在接收到配置參數(shù)設(shè)置命令后，傳感器會根據(jù)命令內(nèi)容進行內(nèi)部配置設(shè)置。傳感器會在接收到完整的命令和數(shù)據(jù)后，發(fā)送響應(yīng)信號給控制器，表示已接收到并處理了命令和數(shù)據(jù)?？刂破髟诎l(fā)送命令和數(shù)據(jù)后，需要等待傳感器的響應(yīng)。傳感器響應(yīng)的時間通常很短，取決于命令的處理時間和傳感器的工作狀態(tài)。控制器可以根據(jù)需要進行等待，以確保傳感器已完成相應(yīng)的操作。最后，控制器可以根據(jù)傳感器的響應(yīng)結(jié)果進行后續(xù)的操作。例如，當控制器向傳感器寫入溫度轉(zhuǎn)換命令時，可以通過等待傳感器轉(zhuǎn)換完成并讀取溫度數(shù)據(jù)；當控制器向傳感器寫入配置參數(shù)時，可以根據(jù)傳感器的響應(yīng)確認配置是否成功。DS18B20的寫操作時序是通過單總線通信向傳感器發(fā)送寫入命令和數(shù)據(jù)，等待傳感器的響應(yīng)，并根據(jù)傳感器的響應(yīng)進行后續(xù)操作的過程。正確的寫操作時序能夠確保傳感器正常工作，并滿足各種溫度監(jiān)測和控制系統(tǒng)的需求圖3.5寫時序示意圖讀操作時序DS18B20的讀操作時序是通過單總線通信向傳感器發(fā)送讀取溫度命令，并在適當?shù)臅r機接收傳感器發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)。首先，控制器向傳感器發(fā)送讀取命令。這個命令包含了控制器要求傳感器提供溫度數(shù)據(jù)的信息。傳感器在接收到這個命令后，準備好將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器。控制器釋放總線，并準備接收傳感器的響應(yīng)。在這個階段，控制器等待傳感器發(fā)送數(shù)據(jù)的信號。傳感器會在數(shù)據(jù)準備好后，將數(shù)據(jù)以序列化的方式發(fā)送給控制器。在傳輸數(shù)據(jù)的過程中，傳感器通過在總線上的拉低和釋放來表示不同的數(shù)據(jù)位?？刂破髟诮邮盏絺鞲衅靼l(fā)送的數(shù)據(jù)后，需要對數(shù)據(jù)進行解析和處理。首先，控制器需要確保數(shù)據(jù)的完整性和準確性。這通常通過CRC校驗算法來實現(xiàn)?？刂破鲿嬎憬邮盏降臄?shù)據(jù)的校驗值，并與傳感器發(fā)送的校驗位進行比較。如果校驗通過，則表示數(shù)據(jù)接收成功；否則，需要重新發(fā)送讀取命令并等待傳感器重新發(fā)送數(shù)據(jù)。一旦數(shù)據(jù)被成功接收并通過校驗，控制器可以進一步處理數(shù)據(jù)。這可能包括將溫度數(shù)據(jù)顯示在設(shè)備的屏幕上、記錄到存儲設(shè)備中，或者發(fā)送到其他設(shè)備進行進一步處理和分析?？刂破骺梢愿鶕?jù)應(yīng)用的需要對溫度數(shù)據(jù)進行不同的操作。DS18B20的讀操作時序是通過向傳感器發(fā)送讀取命令，并在傳感器準備好發(fā)送數(shù)據(jù)后接收和處理溫度數(shù)據(jù)。這個過程需要確保命令和數(shù)據(jù)的正確傳輸，并通過校驗算法來驗證數(shù)據(jù)的完整性和準確性。正確的讀操作時序能夠確保傳感器正常工作，并準確獲取溫度數(shù)據(jù)，滿足各種溫度監(jiān)測和控制系統(tǒng)的需求。圖3.6讀時序示意圖3.5OLED液晶顯示屏SSD1315是一款用于OLED液晶顯示屏的高度集成的驅(qū)動芯片，采用SPI通信協(xié)議。這款芯片具有卓越的性能和靈活的功能，使其成為許多電子設(shè)備中的理想選擇。SSD1315的高度集成化設(shè)計簡化了外圍電路的設(shè)計，降低了成本，提高了整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。它支持高分辨率的OLED顯示屏，能夠呈現(xiàn)精美的圖像和清晰的文字。此外，SSD1315采用了低功耗設(shè)計，能夠在保持高性能的同時降低能耗，延長設(shè)備的使用時間，符合現(xiàn)代電子產(chǎn)品對于長續(xù)航時間的需求。該芯片支持多種顯示模式，如正常顯示、翻轉(zhuǎn)顯示和鏡像顯示，以及多種字體和圖像顯示方式，滿足不同應(yīng)用場景下的顯示需求。SSD1315還具有內(nèi)置的RAM緩存，可以存儲圖像和文字數(shù)據(jù)，提高了顯示效率和響應(yīng)速度。這一特性對于需要頻繁更新顯示內(nèi)容的應(yīng)用非常重要。總的來說，SSD1315作為一款高性能、低功耗的OLED液晶顯示屏驅(qū)動芯片，具有靈活的功能和卓越的性能，適用于各種電子設(shè)備，包括智能手表、便攜設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備等，為用戶提供出色的顯示體驗。3.5.1功能塊說明SSD1315集成了顯示控制器、RAM、OLED驅(qū)動器和命令解碼器等功能模塊。其功能包括高分辨率支持、低功耗設(shè)計、多種顯示模式、多種字體和圖像顯示方式以及內(nèi)置RAM緩存。通過SPI通信協(xié)議與微控制器連接，簡化了外圍電路設(shè)計，提高了整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。SSD1315的MCU接口有8位數(shù)據(jù)引腳和5位控制引腳。圖3.7總是不同接口模式下的引腳分配。圖3.7不同接口模式下的MCU接口分配3.5.2MCUI2C接口MCUI2C接口提供了一種通信方式。通過I2C接口，SSD1315能夠與主控制器（MCU）進行通信和控制，實現(xiàn)對OLED顯示屏的顯示內(nèi)容和參數(shù)進行設(shè)置和調(diào)整。使用I2C接口通信時，主控制器可以通過發(fā)送I2C起始信號和設(shè)備地址來初始化通信，并通過發(fā)送數(shù)據(jù)包來發(fā)送控制命令和顯示數(shù)據(jù)給SSD1315。SSD1315收到命令后，會相應(yīng)地控制OLED液晶顯示屏進行顯示操作。通過MCUI2C接口，可以實現(xiàn)更為靈活和簡潔的通信方式。相比于SPI接口，I2C接口需要的引腳更少，因此可以節(jié)省外圍電路設(shè)計的成本和空間。此外，I2C通信協(xié)議是一種串行同步通信協(xié)議，具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，適用于長距離通信和噪聲環(huán)境下的數(shù)據(jù)傳輸。在使用MCU

I2C接口時，需要根據(jù)SSD1315的技術(shù)文檔和通信協(xié)議進行相應(yīng)的配置和設(shè)置，以確保通信的正常進行和數(shù)據(jù)的準確傳輸。同時，需要注意I2C通信的時序和速率等參數(shù)的設(shè)置，以滿足系統(tǒng)的實際需求。SSD1315的MCUI2C接口為OLED液晶顯示屏提供了一種便捷且可靠的通信方式，適用于各種電子產(chǎn)品，包括智能手表、便攜設(shè)備等，為用戶提供了更加靈活和豐富的顯示體驗。3.5.3I2C的寫入模式設(shè)備通過啟動條件啟動數(shù)據(jù)通信。啟動條件的定義如圖3.8所示。啟動條件是將SDA從HIGH拉到LOW而SCL必須要保持住HIGH形成的。接收到一個字節(jié)的數(shù)據(jù)后，會生成一個包含從機地址和R/W#位的確認信號。確認信號的圖形表示如圖3.9所示。確認位是在與確認相關(guān)的時鐘脈沖的較高周期時將SDA線拉低來表現(xiàn)的。發(fā)送從機地址后，是可以通過SDA發(fā)送控制字節(jié)。當軟件停止條件時，寫入模式將完成。停止條件也如圖3.8所示。停止條件是將“SDA輸入”從低電平拉到高電平的同時“SCL”必須保持高電平來建立的。圖3.8啟動和停止條件的定義圖3.9確認條件的定義3.6串口通信3.6.1串口通信的概述CH340E是一款常用的USB轉(zhuǎn)串口芯片，用于實現(xiàn)計算機與串口設(shè)備之間的通信。它具有高度集成、成本低廉、性能穩(wěn)定的特點。CH340E支持USB

2.0規(guī)范，可在各種操作系統(tǒng)上使用，包括Windows、MacOS和Linux。它通過USB接口與計算機連接，在硬件上模擬出一個標準的UART串口，使得計算機可以通過串口與外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換。CH340E內(nèi)置了USB控制器和UART串口控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)USB與串口之間的高效通信轉(zhuǎn)換。它采用了低功耗設(shè)計，不僅能夠在數(shù)據(jù)傳輸時保持較低的功耗，還具有自動功耗管理功能，能夠根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸情況自動調(diào)整功耗水平，延長設(shè)備的使用壽命。CH340E常被用于單片機、嵌入式系統(tǒng)和各種外圍設(shè)備的通信接口設(shè)計中，如USB轉(zhuǎn)串口模塊、串口調(diào)試器等。3.6.2串口通信的特點CH340E是一款USB轉(zhuǎn)串口芯片，具有以下特點：1.

高度集成，成本低廉，性能穩(wěn)定。2.

支持USB

2.0規(guī)范，在Windows、MacOS和Linux等操作系統(tǒng)上均可使用。3.

內(nèi)置USB控制器和UART串口控制器，實現(xiàn)USB與串口之間的高效通信轉(zhuǎn)換。4.

采用低功耗設(shè)計，具有自動功耗管理功能，能夠根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸情況自動調(diào)整功耗水平，延長設(shè)備使用壽命。5.

廣泛應(yīng)用于單片機、嵌入式系統(tǒng)和各種外圍設(shè)備的通信接口設(shè)計中，如USB轉(zhuǎn)串口模塊、串口調(diào)試器等。3.7本章小結(jié)本章主要介紹了系統(tǒng)硬件的相關(guān)內(nèi)容。包括系統(tǒng)硬件的組成，下位機電路的組成，單片機最小系統(tǒng)STC89C52，串口通信模塊，DS18B20溫度采集模塊以及OLED液晶顯示模塊。分別詳細介紹了硬件的原理和使用方法。系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)4.1溫度采集系統(tǒng)軟件總體設(shè)計該溫度控制系統(tǒng)遵循模塊化設(shè)計的理念，并根據(jù)溫度采集系統(tǒng)的基本需求，將系統(tǒng)細分為六個獨立的功能模塊：測溫范圍和參數(shù)設(shè)置模塊、串行通訊模塊、數(shù)據(jù)分析處理模塊、越限報警模塊、數(shù)據(jù)保存模塊、溫度顯示模塊。這樣的設(shè)計帶來諸多益處，包括簡化單個模塊的編程、調(diào)試和測試，促進任務(wù)劃分的效率以及提高模塊的重用性，因為同一個模塊可以在不同條件下被多個任務(wù)調(diào)用。在程序的設(shè)計過程中，子功能的程序是最先實現(xiàn)的。每個獨立模塊又可能由更小的子模塊構(gòu)建而成，而模塊間的層級關(guān)系在程序流程圖中通過圖標形式清晰展示。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅提升了程序的可維護性和可讀性，使得流程圖更為直觀，同樣也減少了重復性代碼編寫的需要。溫度采集系統(tǒng)虛擬儀表的用戶界面包含溫度統(tǒng)計表格、溫度波形圖、串口配置以及參數(shù)輸入旋鈕等功能，為用戶提供實時數(shù)據(jù)的詳細展示。系統(tǒng)通過串口實時采集單片機測得的電壓數(shù)據(jù)，并在軟件平臺上對這些信號進行必要的分析和處理。采集到的數(shù)據(jù)將被保存下來，以便在系統(tǒng)運行過程中進行隨時查詢和分析。這種設(shè)計實現(xiàn)了操作簡便及數(shù)據(jù)處理的高效性。4.2上機位軟件的設(shè)計LabVIEW的前面板是其圖形化編程環(huán)境中的核心組成部分，提供了用戶與程序交互的界面。它采用直觀的圖形化界面設(shè)計，由控件、指示燈、圖表等元素組成，用于顯示數(shù)據(jù)、輸入?yún)?shù)和控制程序的執(zhí)行。LabVIEW的前面板具有直觀易用、豐富多樣、實時交互的特點，用戶可以通過拖拽和放置控件來設(shè)計界面，無需編寫代碼，極大地降低了開發(fā)門檻。前面板提供了豐富多樣的控件，包括數(shù)字顯示、滑塊、按鈕、圖表等，方便用戶對界面進行自定義設(shè)計。用戶可以通過控件與程序進行交互，輸入?yún)?shù)、設(shè)置選項、啟動程序等操作都可以通過前面板完成，使得程序的執(zhí)行更加靈活和可控。同時，前面板可以實時顯示數(shù)據(jù)，用戶可以通過圖表、曲線圖等形式對數(shù)據(jù)進行可視化展示，方便用戶對數(shù)據(jù)進行分析和監(jiān)控?？偟膩碚f，LabVIEW的前面板為用戶提供了便捷、高效的程序開發(fā)和數(shù)據(jù)展示平臺圖4.1溫度采集系統(tǒng)前面板a圖4.2溫度采集系統(tǒng)前面板bLabVIEW的前面板是用戶與程序交互的主要界面，具有豐富的功能：控件輸入：用戶可通過文本框、滑塊、按鈕等控件輸入?yún)?shù)，控制程序的執(zhí)行。數(shù)據(jù)顯示：前面板可以實時顯示程序輸出的數(shù)據(jù)，用戶可通過數(shù)字顯示、圖表等控件觀察數(shù)據(jù)變化。圖形化顯示：支持繪制圖形、曲線、直方圖等圖表，方便用戶對數(shù)據(jù)進行可視化分析。用戶交互：用戶可通過按鈕、開關(guān)等控件與程序進行交互，啟動、停止、暫停程序的執(zhí)行。用戶提示：支持添加標簽、說明文本等，幫助用戶理解界面和程序的功能。多窗口設(shè)計：支持分欄、分組等方式，實現(xiàn)復雜界面的設(shè)計和布局。事件處理：支持控件事件響應(yīng)機制，用戶可編寫事件處理程序?qū)崿F(xiàn)特定功能。模塊化設(shè)計：支持將前面板拆分為子VI，實現(xiàn)模塊化設(shè)計和重用。設(shè)備控制：可與硬件設(shè)備連接，通過控制面板控制設(shè)備的操作和參數(shù)設(shè)置。LabVIEW的前面板提供了豐富多樣的功能，使得用戶可以輕松設(shè)計出符合需求的交互界面，實現(xiàn)靈活、高效的程序開發(fā)。4.2LabVIEW的程序框圖和各個部分的功能創(chuàng)建前面板后，可以使用圖形功能來添加源代碼控制前面板上的對象。程序框圖是圖形源代碼的集合。前面板上的對象在程序框圖上顯示為端子。該程序的部分框圖如圖4.11所示。圖4.3溫度采集系統(tǒng)部分程序框圖LabVIEW程序框圖中的各個重要位置都有特定的功能，下面是它們的簡要介紹：控制面板：控制面板是LabVIEW用戶界面的可視化部分，用于與用戶交互。在控制面板上可以放置各種控件，如按鈕、滑塊、圖表等，用于輸入數(shù)據(jù)、顯示結(jié)果或與用戶進行交互。程序圖（：程序圖是LabVIEW的核心部分，用于編寫程序和實現(xiàn)功能。它是一個圖形化的編程環(huán)境，通過拖放和連接各種功能模塊來構(gòu)建程序邏輯和數(shù)據(jù)流程。功能模塊：功能模塊是程序圖中的基本構(gòu)建塊，代表了各種數(shù)據(jù)處理、控制和通信功能。這些模塊包括數(shù)學運算、信號處理、文件操作、儀器控制等，用戶可以從LabVIEW的函數(shù)庫中選擇合適的模塊來構(gòu)建自己的程序。線：線用于連接程序圖中的各個功能模塊，表示數(shù)據(jù)流的傳遞路徑。不同類型的線可以傳遞不同類型的數(shù)據(jù)，例如數(shù)字、布爾值、數(shù)組等。結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)用于控制程序的流程和執(zhí)行順序。常見的結(jié)構(gòu)包括循環(huán)、條件判斷、事件處理等，它們可以幫助用戶實現(xiàn)復雜的程序邏輯。注釋：注釋用于添加說明和注解，幫助用戶理解程序的功能和設(shè)計思路。注釋可以提高程序的可讀性和維護性，使其他人更容易理解和修改代碼。這些重要位置共同構(gòu)成了LabVIEW程序的框圖，為用戶提供了一個直觀、高效的編程環(huán)境，用于快速開發(fā)各種控制和數(shù)據(jù)處理應(yīng)用。4.2.1數(shù)據(jù)的串口寫入程序上位機通過向串口寫入來指定對應(yīng)的單片機。串口寫入程序包含VISA串口寫入函數(shù)和要寫入的字符串地址常數(shù)，寫入時單片機做出反應(yīng)，采集溫度數(shù)據(jù)并以波形顯示。程序如圖4.4串口寫入程序所示。圖4.4數(shù)據(jù)的串口寫入程序圖4.2.2數(shù)據(jù)的采集程序使用功能面板上的VISA讀取功能讀取單片機發(fā)送到串口的溫度數(shù)據(jù)，并使用數(shù)值轉(zhuǎn)換子程序?qū)?shù)值轉(zhuǎn)換為十進制，以便于在實時溫度計和進度圖上顯示。下位機程序設(shè)計時區(qū)分不同單片機的地址。所以在讀取數(shù)據(jù)時，可以直接顯示在進度圖上。程序如圖4.5所示。圖4.5數(shù)據(jù)的采集程序圖4.2.3數(shù)據(jù)的顯示程序各通道數(shù)據(jù)經(jīng)過處理之后，就可以將數(shù)據(jù)輸出到人機交互界面進行顯示，用波形圖表用來顯示實時溫度變化曲線，用溫度計和數(shù)值顯示控件顯示實時的溫度值。程序如圖4.6所示。圖4.6數(shù)據(jù)的顯示程序圖波形圖是一種特殊的數(shù)字顯示控件，可以顯示一個或多個波形。它通常用于顯示以恒定速率收集的數(shù)據(jù)。進度圖存儲以前更新的歷史數(shù)據(jù)，也稱為緩沖區(qū)。要在一次更新中向每條曲線發(fā)送多個點，請將一組值簇連接到進度圖，每個值代表一個點，每條曲線都有一個y值。在設(shè)計中，需要將多個波形的數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲ㄐ螆D，并將這些數(shù)據(jù)分組為一組標量值，其中每個值代表每個波形上的一個數(shù)據(jù)點，以便可以實時創(chuàng)建多條線。進度圖上同時顯示溫度曲線。該系統(tǒng)可以擴展到連接溫度傳感器的單片計算機。為了便于顯示，可以使用這種方法。4.2.4數(shù)據(jù)的存儲程序數(shù)據(jù)的存儲程序主要通過，文件對話框，文件位置選擇，文件寫入函數(shù)等來實現(xiàn)。在程序的開頭設(shè)置文件對話框，讓用戶選擇文件保存的位置，在串口將兩路數(shù)據(jù)讀入之后。組成數(shù)組，之后轉(zhuǎn)換為字符串存入到用戶設(shè)置的文件夾當中。程序如圖4.7所示。圖4.7數(shù)據(jù)的存儲程序圖4.3下機位軟件的設(shè)計STC89C52下機位軟件設(shè)計涉及多個關(guān)鍵步驟，確保單片機系統(tǒng)按照預期運行。首先，系統(tǒng)初始化階段設(shè)置了端口方向、初始化了定時器，并配置了串口通信。這確保了系統(tǒng)在啟動時處于可操作狀態(tài)。接著，進行數(shù)據(jù)采集，利用傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)，如溫度、濕度和光照等。通過ADC模塊將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便單片機處理。在數(shù)據(jù)處理階段，采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過濾波、校準和計算等處理，以確保準確性和可靠性。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的需求，添加控制邏輯來實現(xiàn)特定功能。例如，可以根據(jù)溫度數(shù)據(jù)控制加熱器的開關(guān)狀態(tài)。最后，通過串口或其他通信方式，將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機或其他設(shè)備，以便監(jiān)測、存儲或顯示。同時，通過LED燈、數(shù)碼管等輸出設(shè)備實時顯示系統(tǒng)狀態(tài)或數(shù)據(jù)結(jié)果，使用戶能夠直觀地了解系統(tǒng)運行情況。這些步驟相互銜接，構(gòu)成了STC89C52下機位軟件設(shè)計的基本框架，使單片機系統(tǒng)能夠滿足特定應(yīng)用需求。 圖4.8程序流程圖4.3.1DS18B20的工作過程DS18B20是一種數(shù)字溫度傳感器，采用單總線接口通信，能夠直接與微控制器連接。其工作過程如下：溫度采集：DS18B20通過內(nèi)部溫度傳感器采集環(huán)境溫度。當DS18B20被激活時，內(nèi)部電路開始測量環(huán)境溫度。數(shù)字轉(zhuǎn)換：采集到的模擬溫度信號通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。DS18B20內(nèi)部的ADC會將模擬溫度值轉(zhuǎn)換為12位二進制數(shù)字，精確到0.0625°C。存儲數(shù)據(jù)：轉(zhuǎn)換后的數(shù)字溫度數(shù)據(jù)存儲在DS18B20的寄存器中。這些寄存器包括溫度寄存器、配置寄存器和控制寄存器等。溫度寄存器中存儲了當前環(huán)境溫度的數(shù)字值。通信傳輸：DS18B20采用單總線接口與微控制器通信。通信過程中，微控制器通過發(fā)送一系列命令來讀取DS18B20內(nèi)部寄存器中的溫度數(shù)據(jù)。DS18B20通過單總線將溫度數(shù)據(jù)傳輸給微控制器。CRC校驗：為確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性，DS18B20在通信過程中采用CRC校驗算法。發(fā)送數(shù)據(jù)時，DS18B20會同時發(fā)送一個校驗字節(jié)，微控制器接收到數(shù)據(jù)后會通過校驗算法驗證數(shù)據(jù)的完整性，以確保數(shù)據(jù)的準確性。溫度計算：微控制器接收到DS18B20傳輸?shù)臏囟葦?shù)據(jù)后，將其轉(zhuǎn)換為實際溫度值。根據(jù)DS18B20的工作原理和數(shù)據(jù)手冊提供的計算公式，微控制器可以將數(shù)字溫度值轉(zhuǎn)換為實際溫度值。應(yīng)用處理：最后，微控制器可以根據(jù)溫度值執(zhí)行相應(yīng)的控制邏輯。例如，當溫度超過預設(shè)閾值時，可以觸發(fā)警報或控制其他設(shè)備。DS18B20的工作過程包括溫度采集、數(shù)字轉(zhuǎn)換、存儲數(shù)據(jù)、通信傳輸、CRC校驗、溫度計算和