第一篇：?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)：汽車ABS控制器模擬測(cè)試系統(tǒng)硬件接口設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

引言: 汽車行駛在路途中遇到突發(fā)狀況時(shí)進(jìn)行緊急制動(dòng),容易發(fā)生側(cè)滑,甚至發(fā)生掉頭和側(cè)翻。相當(dāng)多的交通事故由此產(chǎn)生。因此在行車制動(dòng)中，不能讓車輪抱死，進(jìn)而才不發(fā)生側(cè)滑和掉頭，甚至可以在制動(dòng)過程中正常轉(zhuǎn)向。

汽車ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)便是一套能在制動(dòng)過程中隨時(shí)監(jiān)測(cè)車輪滑轉(zhuǎn)程度，并依此自動(dòng)調(diào)節(jié)作用在車輪上的制動(dòng)力矩，防止車輪自動(dòng)抱死的系統(tǒng)裝置。目前，我國(guó)對(duì)批量生產(chǎn)的ABS進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)方法主要分為兩種：道路試驗(yàn)和靜態(tài)檢測(cè)。前者跑道上專人測(cè)試，費(fèi)用昂貴。后者借助儀表對(duì)ABS的元件進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試，價(jià)格低廉適合批量檢測(cè)。但元件靜態(tài)特性沒問題并不能保證ABS的功能正常。對(duì)于批量生產(chǎn)的汽車ABS進(jìn)行質(zhì)量靜態(tài)檢測(cè)需要能夠反映車輛實(shí)際制動(dòng)情況進(jìn)而來判斷其功能是否正常，并評(píng)定其性能的優(yōu)劣。

因此汽車 ABS性能模擬測(cè)試技術(shù)成為研究的重點(diǎn)。ABS控制器（ECU）的性能決定了ABS 的性能。因此ABS的性能檢測(cè)的關(guān)鍵在于ECU的性能檢測(cè)。開發(fā)的汽車ABS 性能模擬測(cè)試系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)ABS ECU的性能檢測(cè)與評(píng)價(jià)。本文進(jìn)行ABS ECU與性能測(cè)試系統(tǒng)的硬件接口的研究，以實(shí)現(xiàn)對(duì)ABS ECU的實(shí)時(shí)檢測(cè)。

第一章防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成

3.1．1防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的組成

汽車A8S系統(tǒng)由控制器、電磁閥、輪速傳感器三部分組成，其系統(tǒng)原理框圖如圖3-1 所示(以氣壓制動(dòng)為例)。

3．1．1控制器

ABS控制器ECU是整個(gè)防抱死剎車系統(tǒng)的核心控制部件，它接受車輪速度傳感器送來的速度信號(hào)，通過計(jì)算與邏輯判斷產(chǎn)生相應(yīng)的控制電信號(hào)，控制電磁閥去調(diào)節(jié)制動(dòng)壓力。當(dāng) 車輪滑移率不在控制范圍之內(nèi)時(shí)，控制器就輸出一個(gè)控制信號(hào)，使電磁閥打開或關(guān)閉，從而調(diào)節(jié)輪缸壓力，使輪速上升或下降，將汽車車輪滑移率控制在一定范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)汽 車的安全、可靠制動(dòng)。

電子控制器主要有輸入電路、微處理器(CPU)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)和輸出電路等組成。電子控制器的作用是在制動(dòng)過程中通過對(duì)四個(gè)車輪輪遮傳感器輸入的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理。另外，電子控制器還對(duì)防抱死系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)判定系統(tǒng)存在故障時(shí)，將防抱死系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉退出控制過程，使制動(dòng)系統(tǒng)恢復(fù)為常規(guī)的制動(dòng)系統(tǒng)。

3．1．2電磁閥

電磁閥是防抱死剎車系統(tǒng)的執(zhí)行部件，當(dāng)控制器輸出控制信號(hào)時(shí)電磁閥動(dòng)作，對(duì)輪 缸壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)以使制動(dòng)力在接近峰值制動(dòng)力區(qū)域內(nèi)波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)汽車制動(dòng)效果最佳：當(dāng) 無控制信號(hào)輸出時(shí)電磁閥不動(dòng)作，相當(dāng)于常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)，直接輸出最大制動(dòng)壓力。

3．1．3輪速傳感器

車輪速度(即車輪繞輪軸旋轉(zhuǎn)的線速度)傳感器(簡(jiǎn)稱輪速傳感器)信號(hào)可供發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABs)控制模塊及儀表控制模塊共享，使車輛在制動(dòng)過程中，防抱死制動(dòng)控制模塊和發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊聯(lián)合控制．達(dá)到最佳制動(dòng)效能。

電磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器安置在車輪上，齒圈固定在車輪上與車輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，傳感器將產(chǎn)生頻率與車輪轉(zhuǎn)速成正比的交變電壓信號(hào)輸入電子控制器．供電子控制器對(duì)車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3．2防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理

如圖3-6所示為Audi200型轎車所用的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)。每個(gè)車輪上均裝有一個(gè)車輪 轉(zhuǎn)速傳感器(電磁式)，它將關(guān)于車輪輪速的信號(hào)輸給電子控制單元。電子控制單元根據(jù) 車輪輪速信號(hào)對(duì)各車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)和判斷，并形成相應(yīng)的指令，控制由電磁閥 總成、電動(dòng)泵總成和儲(chǔ)液器等組成的制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置，通過制動(dòng)管路對(duì)各制動(dòng)輪缸實(shí) 施制動(dòng)壓力的調(diào)節(jié)。

3．3本章小結(jié)

本章主要講述了防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的組成：電子控制器、電磁閥、輪速傳感器，并講 述了各組成部分的功用原理；同時(shí)簡(jiǎn)單闡述了ABS的工作原理，為下面對(duì)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)控制器模擬測(cè)試系統(tǒng)硬件接口設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究做了鋪墊。

第二章ABS ＥＣＵ模擬測(cè)試系統(tǒng)

ABS最重要的功能并不是為了縮短制動(dòng)距離，而是為了能夠盡量保持制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性。而ABS控制器（ECU）的性能決定了ABS 的性能。因此ABS的性能檢測(cè)的關(guān)鍵在于ECU的性能檢測(cè)。

２．１ ＡＢＳ ECU模擬測(cè)試系統(tǒng)的組成

ABS ECU模擬測(cè)試系統(tǒng)由微機(jī)、I/O 接口硬件和ECU 3部分組成。其工作原理如圖1

汽車ABS性能測(cè)試軟件在微機(jī)中運(yùn)行，該測(cè)試軟件中建立了車輛模型、車輪模型、制動(dòng)系統(tǒng)模型以及性能評(píng)價(jià)模型。I/O接口硬件部分是以單片機(jī)(AT89S51)為核心，集數(shù)據(jù)采集、信 號(hào)發(fā)生和數(shù)據(jù)輸為一體的系統(tǒng)，包括ABS閥控信號(hào)采集模塊、輪速信號(hào)模擬模塊和串行通信模塊。

2.2ABS ECU模擬測(cè)試系統(tǒng)工作原理

圖1所示的系統(tǒng)初始化(后包括軟件和硬件的初始化),ABS性能測(cè)試軟件將一個(gè)速度初始值通過串口發(fā) I/O 接口硬件中的單片機(jī), 再由接口板上的ABS輪速信號(hào)模擬模塊將該值轉(zhuǎn)換成與輪速傳感器工作頻率相同的脈沖信號(hào), 并發(fā)送給ECU,ECU通過內(nèi)部軟件對(duì)脈沖 信號(hào)進(jìn)行處理并發(fā)出壓力調(diào)節(jié)器的閥控信號(hào),接口板上的ABS閥控信號(hào)采集模塊將采集到的這一信號(hào)再發(fā)送給單片機(jī)。單片機(jī)通過串口將該信號(hào)發(fā)給測(cè)試系統(tǒng)依此循環(huán)下去。

這樣微機(jī)、I/O接口硬件、ECU 構(gòu)成了實(shí)時(shí)閉 環(huán)模擬檢測(cè)系統(tǒng)。ABS ECU 性能模擬測(cè)試系統(tǒng)接口原理見圖2

2.3本章小結(jié)

本章主要闡述了ABS ECU模擬測(cè)試系統(tǒng)的組成微機(jī)、I/O接口硬件和ECU。以及簡(jiǎn)單概述了它的工作原理。對(duì)接下來的設(shè)計(jì)做一個(gè)簡(jiǎn)要的框架。

第三章I/O接口硬件設(shè)計(jì)

3.1ABS閥控信號(hào)采集模塊

ABS ECU模擬測(cè)試系統(tǒng)的輸入值為ECU 發(fā)出的 ABS壓力調(diào)節(jié)器的電磁閥控制信號(hào)。每個(gè)壓力調(diào)節(jié)器由一個(gè)進(jìn)氣閥（常閉）、一個(gè)排氣閥（常開）構(gòu)成，這樣壓力調(diào)節(jié)器3種工作狀態(tài)即增壓、減壓和保壓。當(dāng)進(jìn)、排氣電磁閥線圈不通電時(shí)（閥控信號(hào)狀態(tài)為 11），為 增壓，當(dāng)進(jìn)、排氣電磁閥線圈都通電時(shí)（閥控信號(hào)狀態(tài)為 00），為減壓狀態(tài)；當(dāng)進(jìn)氣閥線圈通電，排氣閥線圈不通電時(shí)（閥控信號(hào)狀態(tài)01）為保壓狀態(tài)。因此每個(gè)調(diào)節(jié)器有兩路信號(hào)需要系統(tǒng)采集。

采用如圖3所示的由TLP521光電耦合器和AT89S51單片機(jī)構(gòu)成的閥控信號(hào)采集系統(tǒng)。當(dāng)某路電磁閥線圈通電時(shí)，單片機(jī)的P1口相應(yīng)位就為低電平（信號(hào)狀態(tài)為0），不通電時(shí)為 高電平（信號(hào)狀態(tài)為1）這樣通過比較同一壓力調(diào)節(jié)器兩路電磁閥信號(hào)就可知道壓力調(diào)節(jié)器的工作狀態(tài)。把采集到的信號(hào)狀態(tài)通過串行通信模塊發(fā)給微機(jī)，就實(shí)現(xiàn)了對(duì)的閥控信號(hào)實(shí)時(shí)采集。

圖3 ABS閥控信號(hào)采集系統(tǒng)電路圖 3.2 ABS輪速信號(hào)模擬塊

模擬測(cè)試系統(tǒng)的輸出值為每個(gè)車輪的輪速，而 ABS ECU 得到的是4個(gè)輪速傳感器發(fā)出的輪速脈沖信號(hào)。為了使ECU能正常識(shí)別得到的輪速信號(hào)，必須模擬出類似的矩形脈沖信號(hào)，并且該信號(hào)的頻率要能隨輪速值的變化，而實(shí)時(shí)地改變確保ECU實(shí)時(shí)連續(xù)工作。

輸出的矩形脈沖信號(hào)的頻率由單片機(jī)內(nèi)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0來實(shí)現(xiàn)。ABS車輪轉(zhuǎn)速傳感器采用100齒的齒圈車輪半徑為0.5M則汽車車速為0——200Km/h時(shí)產(chǎn)生的脈沖頻率為0——1786H。頻率計(jì)算公式為

f=vZ/(2πr)式中f——頻率，Hz

v——車速，m/s Z——車輪轉(zhuǎn)速傳感器齒圈的齒數(shù) R——車輪半徑，m ABS控制器一般在車速大于10Km/h時(shí)才開始正常工作，則此時(shí)輪速脈沖信為88Hz。因此ABS控制器正常工作時(shí)，接收的速度脈沖頻率范圍為88——1786Hz。選擇計(jì)數(shù)器 T0工作方式為模1，單片機(jī)的外部晶振為11.0952Hz，TL0 與TH0 構(gòu)成位16位計(jì)數(shù)器，它可以產(chǎn)生的脈沖頻率范圍為：15Hz——1MHz，滿足所需要求，可作為脈沖頻率的主要控制量，TL0和TH0的取值范圍為0——FFH。微機(jī)上的軟件系統(tǒng)計(jì)算車輪轉(zhuǎn)速以及對(duì)應(yīng)的脈沖頻率所 需的TL0和TH0值，將其傳遞給單片機(jī)，并寫入TL0和TH0 寄存器。TL0和TH0 的計(jì)算公式為

TL0 =[65536-11.0952*10^6/(12f)]16L TH0=[65536-11.0952*10^6（12f]16H

式中：[ ]16H/L代表高8位16進(jìn)制碼或低8位的16進(jìn)制碼。

采用圖 4所示的ABS輪速信號(hào)模擬模塊，它是由DAC0832、AT89S51和LM358組成 的一路頻率脈沖發(fā)生電路。輸出口（out）能夠根據(jù)單片機(jī)指令發(fā)出電壓為5V的變頻率脈沖信號(hào),與速度傳感器發(fā)出的信號(hào)一致，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)速度信號(hào)的模擬。要實(shí)現(xiàn)路輪速信號(hào)的模擬需要采用4個(gè)和DAC0832和LM358，由單片機(jī)的P2.6、P2.5、P2.4、P2.3分別對(duì)DAC0832進(jìn)行片選，就可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)輪速的獨(dú)立模擬。

3.3串行通信模塊

I/O接口硬件與微機(jī)通信采RS-232用標(biāo)準(zhǔn)的串行通信，其連接方式如圖5所示。與ABS性能測(cè)試軟件的數(shù)據(jù)通信由2部分構(gòu)成：①由ABS性能測(cè)試軟件生產(chǎn)的車輪速度值，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)脈沖頻率所需要的TL0和TH0值，發(fā)送給單片機(jī)。在測(cè)試軟件中利用MicosoftVisualC++中MSComm控制的SetOutput（COleVariant（array））函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)。Array是一個(gè)CBity Array類型，他存放了要發(fā)送的數(shù)據(jù)TL0，TH0。②由ABS閥控信號(hào)采集模塊采集到的電磁閥控信號(hào)值（單片機(jī)P1口的值），發(fā)送給微機(jī)。

在測(cè)試軟件中可以通過Get InBuffercount（）函數(shù)查詢是否接收到數(shù)據(jù)函數(shù)將收到的 數(shù)據(jù)接收進(jìn)來處理。利用MicosoftVisualC++中MSComm控件可完成微機(jī)上的串行通信設(shè)置。控件對(duì)象的SetCommPort（）函數(shù)設(shè)置串行端口；SetSettings（“9600,n,8,1”）設(shè)置9600波特率，無奇偶校驗(yàn)位，8位數(shù)據(jù)位，1位中止位。單片機(jī)與微機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，必須保證相同的波特率，所以選用方式2工作。單片機(jī)串口初始化選用串口工作方式1，允許接收設(shè)置程序如下：

MOV TMOD，#21H MOV

SCON，# 050H ；

串口方式1 MOV

PCON，# 80H;

波特率加倍 MOV

TH1，#0FAH；

波特率9600 MOV

TL1，#FAH ；

第四章ABSECU模擬測(cè)試系統(tǒng)工作流程

ABSECU模擬測(cè)試系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)由在微機(jī)中運(yùn)行的ABS試軟件和單片機(jī)中運(yùn)行的程序兩部分構(gòu)成。ABS軟件主要處理采集到ABS閥控信息，轉(zhuǎn)化成壓力后，通過車輛動(dòng)力學(xué)方程，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)工作特性、輪胎與地面特性進(jìn)行模

擬計(jì)算得到相應(yīng)的輪速，然后將輪速等效值通過串口發(fā)給單片機(jī)。微機(jī)與ECU通信的程序流程如圖6所示。單片機(jī)程序主要是將P1口采集到的閥控信號(hào)通過串口發(fā)給微機(jī)，然后將串口收到的值發(fā)給TL0和TH0，轉(zhuǎn)換成速度脈沖后發(fā)給ＥＣＵ，單片機(jī)程序流程 圖如圖7所示。

ABS控制器的控制算法5——10ms左右循環(huán)一次，實(shí)際控制過程中電磁閥每秒有

8——20個(gè)動(dòng)作狀態(tài)。波特率9600為完全可以滿足數(shù)據(jù)傳送要求，且單片機(jī)對(duì)微機(jī)傳來的輪速等效值采用了實(shí)時(shí)查詢，可以完成微機(jī)與ECU的實(shí)時(shí)通信。電磁閥的控制信號(hào)處理方式是微機(jī)每發(fā)送一次輪速等效值的同時(shí)，便將閥控信號(hào)傳送給微機(jī)，由于閥控信號(hào)的變化相 對(duì)于輪速信號(hào)的變化慢，所以不會(huì)引起閥控信號(hào)遲滯。

第二篇：課程設(shè)計(jì)--基于FPGA的指紋采集接口設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于FPGA的指紋采集接口設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

一、引言

相對(duì)于密碼、證件等傳統(tǒng)身份認(rèn)證技術(shù)和諸如語(yǔ)音、虹膜、臉形、簽名等其他生物特征識(shí)別認(rèn)證技術(shù)而言，指紋識(shí)別認(rèn)證是一種更為理想的身份認(rèn)證技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：

1.廣泛性——每個(gè)人的每一跟手指都具有指紋；

2.唯一性——每個(gè)人的指紋都不相同，極難進(jìn)行復(fù)制；

3.穩(wěn)定性——指紋不會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而改變；

4.易采集性——指紋圖像可運(yùn)用專業(yè)的指紋傳感器獲取，易于開發(fā)識(shí)別認(rèn)證系統(tǒng)。

隨著電子商務(wù)的發(fā)展和消費(fèi)類電子的普及，越來越多的領(lǐng)域需要指紋識(shí)別系統(tǒng)。目前，基于、的獨(dú)立式指紋識(shí)別系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于考勤、門禁、安檢等領(lǐng)域。同時(shí)，隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步，設(shè)計(jì)開發(fā)能應(yīng)用在小型微型系統(tǒng)（如手機(jī)、PDA等）的ASIC資金資助：上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)PDC計(jì)劃項(xiàng)目（No.047062023）和AM 0403項(xiàng)目（專用集成電路）指紋識(shí)別認(rèn)證系統(tǒng)，將具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的市場(chǎng)空間。

由于FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）具有高集成度，低功耗，短開發(fā)周期等優(yōu)點(diǎn)，本文選用FPGA作為指紋識(shí)別認(rèn)證系統(tǒng)的核心器件，以控制其依次實(shí)現(xiàn)指 紋采集、指紋特征點(diǎn)提取、存儲(chǔ)、比 對(duì)等等過程?？梢姡讣y識(shí)別認(rèn)證系統(tǒng)的首要任務(wù)是如何采集到高質(zhì)量指紋圖像以保證后續(xù)任務(wù)的完成，而指紋圖像質(zhì)量不僅與指紋傳感器自身的性能有關(guān)，也與數(shù) 據(jù)傳輸通信接口的性能密切相關(guān)。因此，如何設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的通信接口是實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)問題。于是本文針對(duì)這一問題進(jìn)行了研究，介紹了一種基于 FPGA與滑動(dòng)式指紋傳感器的指紋采集接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。

二、簡(jiǎn)介指紋采集接口器件

本指紋采集接口的核心控制器件為Xilinx公司SpartanIII系列的XC3S400型FPGA芯片，它的封裝形式為PQ208。這款芯片采用先進(jìn)的90ns工藝，最大容量40萬(wàn)門，工作頻率高達(dá)200M，足以完成系統(tǒng)需要。

另外，本文選用的指紋采集傳感器為富士通公司的MBF300滑動(dòng)式電容指紋采集傳感器。這款指紋傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS技術(shù)，含有8位A／D變換 器，能在2.8V~5V的寬電壓范圍內(nèi)工作，能自動(dòng)檢測(cè)到是否有指紋到達(dá)傳感器，并實(shí)現(xiàn)在線采集。而它與以往采用的面積式指紋傳感器相比最大的優(yōu)點(diǎn)在于，在保證指紋圖像高分辨率（500dpi）的同時(shí)大大減小了傳感器的尺寸（13.3×3.6）。

MBF300支持3種通信接口：8位微處理器總線接口（microprocessor bus interface）、集成的USB全速接口（Integrated USB Full-Speed Interface）和集成SPI接口（Integrated Serial Peripheral Interface）。其中本文選用SPI接口，并將詳細(xì)講述基于MBF300和FPGA的SPI設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。

MBF300的SPI接口需要時(shí)鐘信號(hào)線SCK、主進(jìn)從出信號(hào)線MISO、主出從進(jìn)信號(hào)線MOSI和使能信號(hào)線，共4根信號(hào)線。其中，傳感器的時(shí)鐘 源可以從外部輸人，也可以外接一個(gè)晶體振蕩器后，利用MBF300內(nèi)部的振蕩電路來獲得時(shí)鐘源。在選擇了SPI模式后，MBF300的其他兩種模式將自動(dòng) 禁止。在本系統(tǒng)中，MBF300在SPI工作模式下相當(dāng)于一個(gè)從設(shè)備，XC3S400作為主設(shè)備。XC3S400通過讀寫MBF300內(nèi)部的寄存器實(shí)現(xiàn)對(duì) 它的控制，以完成指紋采集的任務(wù)。

另外，MBF300在SPI的從設(shè)備狀態(tài)下，它的通信協(xié)議的具體內(nèi)容包括：

MOSI線上的數(shù)據(jù)在SCK的上升沿被采樣；

MISO線上的數(shù)據(jù)在SCK的下降沿發(fā)生改變；

SCK在空閑狀態(tài)時(shí)，可以為高電平，也可以為低電平；

串行傳輸過程中，高位在前(最先被移出)。具體時(shí)序見圖1。

三、指紋采集接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本文中指紋傳感器MBF300的主要任務(wù)是采集指紋圖像，并自動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，并把轉(zhuǎn)換后的圖像數(shù)據(jù)通過SPI接口傳送到FPGA芯片XC3S400 中，以進(jìn)行指紋登記或者指紋識(shí)別比對(duì)。由此可見，指紋采集是整個(gè)指紋識(shí)別系統(tǒng)的第一步，采集質(zhì)量的好壞將直接影響系統(tǒng)的性能與準(zhǔn)確度的高低，因此，接下來 將重點(diǎn)介紹指紋采集接口——SPI接口的設(shè)計(jì)，在此過程中，XC3S400為SPI主設(shè)備，MBF300為SPI從設(shè)備。

1、指紋采集電路

由于FPGA內(nèi)部采用的SRAM存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，所以需要外置一個(gè)PROM在上電時(shí)對(duì)FPGA進(jìn)行程序配置。同時(shí)，還擴(kuò)展了一個(gè)SRAM和Flash分 別用作存儲(chǔ)指紋程序運(yùn)行時(shí)的臨時(shí)數(shù)據(jù)和指紋數(shù)據(jù)信息。另外，為了實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)通信，指紋采集部分還設(shè)計(jì)一個(gè)RS232接口，整個(gè)的硬件電路如圖2所示。由 圖中可以看出，整個(gè)指紋采集的核心部件就是FPGA芯片XC3S400，它相當(dāng)于常見的嵌入系統(tǒng)中的DSP或者ARM，控制著整個(gè)指紋采集，以及指紋登 記，指紋比對(duì)，結(jié)果輸出等過程。

2、指紋采集接口硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本文的SPI接口主設(shè)備為FPGA芯片XC3S400，從設(shè)備為指紋傳感器MBF200。由于FPGA沒有特定管腳的要求，本文任意選用XC3S400的4個(gè)I/O口137—140，分別與指紋傳感器MBF300的相應(yīng)管腳連接，見圖3所示。

3、指紋采集接口軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

接口時(shí)鐘采用傳感器內(nèi)部的12M時(shí)鐘，整個(gè)采集指紋圖像流程如圖4所示，主要有初始化，調(diào)整參數(shù)，指紋采集，指紋存儲(chǔ)幾部分組成。

3.1 初始化XC3S400和MBF300

XC3S400為FPGA器件，因此在系統(tǒng)上電后先要對(duì)其進(jìn)行初始化，即從PROM中讀取配置數(shù)據(jù)，以完成后面的指紋采集、特征點(diǎn)提取、存儲(chǔ)、比對(duì)等工作；初始化XC3S400之后，接著初始化指紋傳感器MBF300，其中部分VHDL源程序如下：

……

ENTITY ini_mbf300 IS

PORT(......pgc : INOUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);

dtr : INOUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);

dcr : INOUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);

thr : INOUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);

ctrlb : INOUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);

isr : INOUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);

icr : INOUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);

......);--定義需要初始化的MBF300寄存器；

END ini_mbf300;

ARCHITECTURE ini_mbf300 OF ini_mbf300 IS

BEGIN

pgc <= “00000110 ”;--初始設(shè)置圖像增益為1.5；

dtr <= “00111111”;

dcr <= “00000001”;

thr <= “00101100”;

ctrlb <= “00000001”;--使能陣列，AD及時(shí)鐘；

isr <= “00000011”;--清空中斷；

icr <= “01011001”;--使能自動(dòng)檢測(cè)；…...END ini_mbf300；......3.2 調(diào)整MBF300參數(shù)

調(diào)整MBF300參數(shù)，也就是調(diào)整PGC、DTR、DCR三個(gè)寄存器的值來調(diào)整放電時(shí)間、放電電流速率和圖像的放大增益，直到獲得最佳質(zhì)量的圖像。

3.3 采集指紋圖像

XC3S400按照MBF300的SPI時(shí)序要求，在MOSI信號(hào)線上發(fā)送一系列讀寫MBF300寄存器的指令，并由MBF300在MISO信號(hào)線上發(fā)送A/D轉(zhuǎn)換后的指紋數(shù)據(jù)，直到一幅完整的256*32的指紋圖像傳輸完畢。

3.4 存儲(chǔ)指紋圖像

采集到的原始指紋圖像保存到片外SRAM中，地址空間為0000 0000 0000 0000~FFFF FFFF FFFF FFFF。實(shí)驗(yàn)調(diào)試與結(jié)論

指紋采集接口的整個(gè)程序的VHDL源代碼已經(jīng)通過調(diào)試，在ModelSim SE 6.1b中成功仿真，F(xiàn)PGA的SPI時(shí)序與MBF300一致，完全能達(dá)到指紋采集的目的。于是將MBF300設(shè)置為DTR＝0x15，DCR= 0x20，PGC=0x01，通過SPI接口采集到的原始指紋數(shù)據(jù)通過圖2中的RS232接口傳送給PC機(jī)，然后利用Matlab工具數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化得到指紋圖 像，它足以滿足后續(xù)的指紋特征點(diǎn)提取、比對(duì)等要求。

四、小結(jié)

這種基于FPGA芯片XC3S400與固體指紋傳感器MBF300的SPI接口具有設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，傳輸速率高的特點(diǎn)，完 全能勝任指紋采集的任務(wù)。而MBF300的高精度更能保證采集到的指紋圖像的質(zhì)量，這有利于簡(jiǎn)化后續(xù)的指紋圖像增強(qiáng)、二值化等算法?？傊?，基于FPGA與 指紋傳感器的指紋采集系統(tǒng)的SPI接口的成功實(shí)現(xiàn)，為指紋識(shí)別技術(shù)的SOC片上集成打開一個(gè)良好的開端。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：

雖然基于DSP或者ARM的指紋識(shí)別認(rèn)證系統(tǒng)已經(jīng)在考勤，門禁等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)商品化，但這樣的嵌入式系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)小型化集成化，更無法SOC，所以本文 采用FPGA來實(shí)現(xiàn)指紋識(shí)別認(rèn)證系統(tǒng)，利用FPGA高集成度，低功耗，短開發(fā)周期等優(yōu)點(diǎn)，并以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的ASIC為研究背景，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的 市場(chǎng)空間。

只有保證高質(zhì)量的指紋采集才會(huì)保證高質(zhì)量的指紋識(shí)別認(rèn)證，因此本文主要介紹了基于FPGA的指紋識(shí)別系統(tǒng)的指紋采集接口部分的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案，經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)該接口完全能滿足實(shí)際需要，這為指紋識(shí)別系統(tǒng)的片上集成打開了一個(gè)良好的開端。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝健陽(yáng)，李鐵才,唐降龍等.指紋識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).微計(jì)算機(jī)信息.2006;22(3-2):156-157;

[2]周寧婕,付宇卓,周煜.基于DSP的指紋識(shí)別系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì).計(jì)算機(jī)仿真.2005;22(1):241-243;

[3]黃林波，杜坤梅，謝建陽(yáng)等.基于ARM的指紋識(shí)別算法的研究與開發(fā).哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2005;21(2):179-181;[4]沈小豐, 李小貝.便攜式指紋識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì).自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用.2005;24(4):55-58

[5] MBF300 Solid State Fingerprint Sweep Sensor，Data Sheet[Z].2002 [6] Spartan-3 FPGA Family: Complete Data Sheet [Z].2005

第三篇：基于單片機(jī)體溫檢測(cè)儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

In this paper, a temperature detection system based on a single-chip microcomputer is designed to detect human body temperature, display it in digital form, and play the detected human body temperature specific value through the mode of voice playback.The system is composed of several parts: SCM, sensor, LCD, and voice module.The hardware structure is designed with the microcontroller STC89C52 as the core.It detects the human body temperature through the temperature sensor DS18B20, displays the human body temperature value on the LCD1602, and then plays the detected value through the voice module..Part of the system software through the software keil C language program development and design, debugging.The designed electronic body temperature detector has realized temperature detection, digitization, and electronization, which is of great help to the development of future thermometers.The electronic thermometer can gradually replace mercury(toxic element)thermometers, which greatly improves the use value of thermometers, makes readings clear, and reduces Human body damage, safety and environmental protection have further improved the smart life of people.Keywords: Body temperature detector;Electronic;STC89C52 microcontroller;LCD1602

I

基于單片機(jī)體溫檢測(cè)儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

目錄

摘要...........................................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。Abstract.....................................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。目錄...........................................................................................................................II 1 緒論.............................................................................................................................................1 1.1 背景..................................................................................................................................1 1.1.1 項(xiàng)目背景.......................................................................................................................1 1.1.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r...............................................................................................................1 1.1.3 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容和要求...................................................................................................2 2 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì).........................................................................................................................3 2.1 系統(tǒng)分析..........................................................................................................................3 2.1.1 系統(tǒng)流程.......................................................................................................................3 2.2 概要設(shè)計(jì)..........................................................................................................................3 2.2.1 程序流程.......................................................................................................................3 2.2.2 功能模塊介紹...............................................................................................................3 3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)...................................................................................................................................12 3.1 讀ROM地址...............................................................................................................12 3.2 讀取溫度........................................................................................................................13 3.3 顯示溫度........................................................................................................................14 4 測(cè)試結(jié)果...................................................................................................................................16 4.1 測(cè)試計(jì)劃........................................................................................................................16 4.2 仿真結(jié)果........................................................................................................................18 5 總結(jié)與展望...............................................................................................................................IV 參考文獻(xiàn)...................................................................................................................V 致謝...........................................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。

II

基于單片機(jī)的體溫探測(cè)儀設(shè)計(jì) 緒論

1.1 背景

體溫是人們身體狀況的重要指標(biāo)之一。體溫的高低影響著人們的健康狀況，會(huì)引起一系列的疾病，所以在生病的時(shí)候，體溫的數(shù)值至關(guān)重要，而溫度檢測(cè)儀是人們常用的手段。1.1.1 項(xiàng)目背景

在正常的健康狀態(tài)下，體溫是穩(wěn)定的，保持在約36.2至37.2℃，具體的溫度數(shù)值產(chǎn)生狀況可以區(qū)分為：低熱：37.4℃～38℃；中等度熱：38.1℃～39℃：高熱：39.1℃～41℃；超高熱：41℃以上。體溫的變化會(huì)影響人們的健康，所以檢測(cè)體溫就顯得非常重要。在現(xiàn)代發(fā)展過程中，體溫探測(cè)器是最重要的手段之一。我們經(jīng)常使用的水銀溫度計(jì)就是其中之一。然而，由于包含有毒元素和電子技術(shù)的水銀溫度計(jì)的發(fā)展，電子溫度計(jì)逐漸發(fā)展并漸漸取代水銀溫度計(jì)。

最早的溫度計(jì)產(chǎn)生在16世紀(jì)，由意大利發(fā)明家伽利略發(fā)明，后來伽利略的學(xué)生和其他科學(xué)家，在這個(gè)基礎(chǔ)上反復(fù)改進(jìn)，華氏溫度計(jì)誕生了；華氏溫度計(jì)制成后又經(jīng)過30多年，瑞典人攝爾修斯改進(jìn)了華倫海特溫度計(jì)的刻度，他把水的沸點(diǎn)定為100度，把水的冰點(diǎn)定為0度。后來施勒默爾把兩個(gè)溫度點(diǎn)的數(shù)值又倒過來，就成了現(xiàn)在的百分溫度，即攝氏溫度，用℃表示，成為了人們常用方式。

在現(xiàn)代技術(shù)的高速發(fā)展，電子體溫檢測(cè)儀逐步出現(xiàn)發(fā)展壯大，漸漸取代普通體溫計(jì)，電子體溫計(jì)由溫度傳感器，LCD顯示器，和集成電路等電子元件組成。電子體溫檢測(cè)儀可以快速準(zhǔn)確地測(cè)量一個(gè)人體溫，與傳統(tǒng)的水銀溫度計(jì)相比，電子溫度檢測(cè)儀具有讀數(shù)方便，測(cè)量時(shí)間短，精度高，記憶性好等優(yōu)點(diǎn)。特別是電子體溫計(jì)不含水銀，對(duì)人體和環(huán)境沒有影響，特別適合家庭，醫(yī)院等場(chǎng)合使用。

1.1.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r

中國(guó)的電子溫度計(jì)產(chǎn)業(yè)起源于1998年，發(fā)展速度超過30％，并在一年內(nèi)超過10年。利潤(rùn)率，政策壁壘和技術(shù)壁壘低一倍甚至10倍以上，吸引了大量公司進(jìn)入該行業(yè)。目前，擁有80多個(gè)電子溫度計(jì)的國(guó)產(chǎn)品牌是行業(yè)領(lǐng)先的國(guó)外品牌，如“歐姆龍”，“夏爾”，“網(wǎng)關(guān)”等。有“海爾”，“Delcon”，“Yucon”和“Hypercon”。華辰，華安，康復(fù)，沖等迅速發(fā)展。未來國(guó)內(nèi)品牌擴(kuò)張，試圖進(jìn)入該行業(yè)的廠商將達(dá)到50家以上。由于電子溫度計(jì)行業(yè)逐步標(biāo)準(zhǔn)化和高新類的電子產(chǎn)品的興起，電子體溫計(jì)產(chǎn)品行業(yè)進(jìn)入空前高速發(fā)展階段。

常用的電子溫度計(jì)有三種類型：硬棒溫度計(jì)：廣泛應(yīng)用于家庭的溫度計(jì)，使用腋下測(cè)量和口腔測(cè)量。軟棒類型：軟頭電子體溫計(jì)可以任意彎曲，多方位，無死角，適合所有部位的測(cè)量，一般可以使用口，腋，肛三種測(cè)量方法。安撫奶嘴類型：嬰兒安撫奶嘴電子體溫計(jì)是根據(jù)寶寶的生理特點(diǎn)精心設(shè)計(jì)和制造的。所有部件都設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)體溫檢測(cè)儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

成圓弧形，曲率基于嬰兒嘴巴的形狀。硅膠奶嘴中的溫度傳感器包含一個(gè)溫度傳感器。與以往傳統(tǒng)市場(chǎng)的體溫計(jì)相比，它的誤差一般不超過±0.1℃，易于讀取和攜帶，但是當(dāng)由體溫，時(shí)間和外界空氣，體內(nèi)不同部位測(cè)得的體溫和溫度差異導(dǎo)致穩(wěn)定性差。

1.1.3 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容和要求

在本項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)的體溫檢測(cè)儀要求便于攜帶，精度準(zhǔn)確，具有播報(bào)功能。所以在設(shè)計(jì)中選取了單片機(jī)STC89C52為核心，因?yàn)镾TC89C52它具有便攜性，易用性和高性能等優(yōu)點(diǎn)，它內(nèi)部具有存儲(chǔ)器4K，寬度8bit，128內(nèi)存，本設(shè)計(jì)使用它可以滿足我們所有的需求。此外還選用了溫度傳感器DS18B20為主的檢測(cè)體溫模塊，檢測(cè)體溫溫度，用LCD1602顯示體溫?cái)?shù)值作為體溫檢測(cè)儀的顯示器，最后加以來實(shí)現(xiàn)體溫檢測(cè)到的數(shù)值播報(bào)功能。在本項(xiàng)目中研究的主要是體溫檢測(cè)，經(jīng)過溫度傳感器進(jìn)行溫度采集，再進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，通過單片機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)給顯示模塊LCD1602，在進(jìn)行數(shù)值播報(bào)這一系列功能實(shí)現(xiàn)的過程。

具體功能：

1、顯示溫度范圍 0攝氏度到85攝氏度。

2、溫度精確到小數(shù)點(diǎn)后一位。

3、LCD1602顯示DS18B20檢測(cè)到的溫度數(shù)值。

4、當(dāng)溫度超過一定上限的數(shù)值，會(huì)進(jìn)行溫度交警，LCD顯示“temp is too high”

基于單片機(jī)體溫檢測(cè)儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)分析

在這個(gè)設(shè)計(jì)當(dāng)中選用了單片機(jī)STC89C52作為核心，主要起主控作用，控制著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。這個(gè)體溫檢測(cè)儀系統(tǒng)采用了溫度傳感器DS18B20進(jìn)行溫度的檢測(cè)，當(dāng)傳感器檢測(cè)溫度之后，會(huì)在LCD1602上顯示相應(yīng)的溫度數(shù)值。2.1.1 系統(tǒng)流程

系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖如圖1-1所示。

圖2-1系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

2.2 概要設(shè)計(jì) 2.2.1 程序流程

程序流程圖如圖2-2程序流程圖所示

圖2-2程序流程圖

2.2.2 功能模塊介紹

單片機(jī)系統(tǒng)模塊：主要由STC89C52單片機(jī)、復(fù)位電路和晶振電路三個(gè)部分組成。

基于單片機(jī)體溫檢測(cè)儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

STC89C52單片機(jī)是ATMEL公司制造的低電壓，高性能CMOS 8位微控制器。它采用ATMEL的高密度非易失性存取技術(shù)，內(nèi)置8個(gè)字節(jié)的只讀存儲(chǔ)器（EPROM）和128字節(jié)內(nèi)部RAM，k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器。STC89C52單片機(jī)擁有較高的性能，而且成本低，可用于各種控制領(lǐng)域，它集成了微型計(jì)算機(jī)的主要組件，包括CPU，存儲(chǔ)器,可編程I / O端口，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和串行端口。

芯片參數(shù)：

1、工作電壓：3.3V--5.5V

2、工作頻率范圍：0--40MHz 3、8位CPU

4、片集成256字節(jié)RAM。5、4個(gè)8位的并行I/O接口：P0,P1,P2,P3

6、單片機(jī)下載程序直接通過P30 P31 RXD和TXD串行端口。

7、具有EEPROM功能。8、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器 9、5個(gè)優(yōu)先級(jí)別的5個(gè)中斷源

10、定時(shí)器可以用來模擬許多異步串行端口。它的基本結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。

圖2-3單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)圖

電源電路：此最小系統(tǒng)中的電源供電模塊的電源可以通過計(jì)算機(jī)的USB口供給，也可使用外部穩(wěn)定的5V電源供電模塊供給。電源電路中接入了電源指示LED，圖中R2為L(zhǎng)ED的限流電阻。當(dāng)LED發(fā)亮?xí)r，這表示USB電源電路供電成功。

基于單片機(jī)體溫檢測(cè)儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

圖2-4電源電路圖

晶振電路：電路中的C1非極性電容器和C2非極性電容器是啟動(dòng)電容器。當(dāng)12MHz晶體振蕩器工作在高頻時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生一定的寄生電感。為了平衡電感并產(chǎn)生諧振，可以添加兩個(gè)10-33pf的非極性電容。

單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)振蕩電路，我們需要將晶振電路連接到外部工作。晶體和電容以及內(nèi)部電路組成一個(gè)振蕩電路。只要MCU接通電源，電容就開始振蕩，晶體振蕩器工作，從而使MCU具有連續(xù)的時(shí)鐘信號(hào)。51單片機(jī)有一個(gè)12路分頻器，所以時(shí)鐘周期為t = 1 /12000000≈1us。

圖2-5晶振電路圖

基于單片機(jī)體溫檢測(cè)儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

LCD顯示模塊：LCD1602是一種用于顯示字母，數(shù)字，符號(hào)等的點(diǎn)陣式液晶模塊。由多個(gè)5X7或5X11點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)字符位都可以顯示一個(gè)字符，每一位在點(diǎn)線之間有一個(gè)間隔，每行也有一個(gè)間隔，它會(huì)播放一個(gè)字符間距和行。間距的作用。LCD1602指顯示內(nèi)容為16X2，表示可顯示兩行，每行16個(gè)字符的LCD模塊（可顯示字符或者數(shù)字）。我們可以通過單片機(jī)的端口來控制LCD1602的數(shù)據(jù)引腳，數(shù)據(jù)命令和使能引腳由SCM的P1.5，P1.6和P1.7端口控制。通過遵循LCD1602通信時(shí)序控制，我們可以顯示要顯示的數(shù)據(jù)，通過P2端口發(fā)送給LCD實(shí)時(shí)顯示。

圖2-6 LCD顯示電路圖

LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中： 1：GND是電源地

2：VCC連接到5V電源的正極。

3：V0是LCD對(duì)比度調(diào)節(jié)端子。當(dāng)正電源連接時(shí)，對(duì)比度最弱。當(dāng)電源接地時(shí)，對(duì)比度最高。（對(duì)比度過高，會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可用10K電位器調(diào)節(jié)對(duì)比度）。

4：RS為寄存器選擇，高電平為1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平為0時(shí)選擇指令寄存器。

5：RW是讀/寫信號(hào)線。讀操作在高電平（1）下執(zhí)行，寫操作在低電平（0）下執(zhí)行。

6：E（或EN）端為使能端，高電平時(shí)讀信息（1），負(fù)跳時(shí)執(zhí)行指令。7?14：D0?D7為8位雙向數(shù)據(jù)終端。第15至第16腳：空腳或背光電源。15：針背光正極 16：針背光負(fù)極。

功能特點(diǎn)：3.3V或5V工作電壓，對(duì)比度可調(diào)，包括復(fù)位電路，提供多種控制命令，如：清屏，字符閃爍，光標(biāo)閃爍，顯示移位等功能，具有80字節(jié)數(shù)據(jù)顯存DDRA內(nèi)存是192個(gè)字符發(fā)生器CGROM與5X7點(diǎn)陣和8個(gè)用戶可定義的5X7字符發(fā)生器CGRAM。

特點(diǎn)應(yīng)用：微功耗，體積小，顯示內(nèi)容豐富，超薄輕便，常用于袖珍儀器和低功耗應(yīng)用。LCD1602指令、功能令、指令碼如下圖所示：

基于單片機(jī)體溫檢測(cè)儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

圖2-7

LCD1602指令集圖

測(cè)溫模塊：由DS18B20傳感器組成，單總線結(jié)構(gòu)，DS18B20的DQ與單片機(jī)P3口連接，通過上拉電阻接電源，只要發(fā)送DS18B20傳感器相應(yīng)的ROM地址，就能訪問該器件。本系統(tǒng)通過DS18B20傳感器檢測(cè)到人體溫度，再調(diào)用單片機(jī)中的讀取DS18B20溫度的程序:向總線放啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換命令，啟動(dòng)連接總線上的DS18B20模塊溫度裝換——根據(jù)傳感器的64位ROM地址，發(fā)送到總線匹配對(duì)應(yīng)的傳感器模塊——向總線發(fā)讀取暫存器命令讀DS18B20模塊轉(zhuǎn)換的溫度值。

圖2-8

測(cè)溫模塊電路圖

基于單片機(jī)體溫檢測(cè)儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

DS18B20傳感器的工作原理：DS18B20的讀寫時(shí)序和溫度測(cè)量原理與DS1820相同，但由于溫差取得的位數(shù)不同，溫度轉(zhuǎn)換延時(shí)時(shí)間從2s到750ms不等。DS18B20溫度測(cè)量原理：低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶體振蕩器隨著溫度顯著地改變其振蕩速率，并且所產(chǎn)生的信號(hào)用作計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器預(yù)設(shè)為對(duì)應(yīng)于-55°C的基準(zhǔn)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)由低溫度系數(shù)晶體振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行倒計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減小到0時(shí)，溫度寄存器值將增加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置再次被加載，并且計(jì)數(shù)器1重新啟動(dòng)。對(duì)由低溫度系數(shù)晶體振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并且重復(fù)該周期直到計(jì)數(shù)器2達(dá)到0.溫度寄存器值的累積被停止。此時(shí)，溫度寄存器中的值是測(cè)量溫度。斜率累加器用于補(bǔ)償和校正溫度測(cè)量過程中的非線性，其輸出用于校正計(jì)數(shù)器的預(yù)設(shè)值。技術(shù)性能：

1、獨(dú)特的單線接口模式，DS18B20只需要一條端口線即可連接微處理器，實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通信。

2、溫度范圍-55°C?+ 125°C，固有溫度誤差（注意，不是分辨率，以前出錯(cuò)了）1°C。

3、支持多點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并行連接在三根線上，最多只能并聯(lián)8根，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度測(cè)量，如果數(shù)量過多，會(huì)使電源電源電壓過低，導(dǎo)致信號(hào)傳輸不穩(wěn)定。

4、電源：3.0?5.5V / DC（數(shù)據(jù)線寄生供電）

5、不需要使用任何外部組件

6、測(cè)量結(jié)果以9?12位串行傳輸

7、不銹鋼保護(hù)管直徑Φ6

8、適用于DN15?25，DN40?DN250各種傳媒行業(yè)管道和狹小空間設(shè)備的測(cè)溫

9、標(biāo)準(zhǔn)安裝螺紋M10X1，M12X1.5，G1 / 2“可選

10、PVC電纜直接出線或德式球接線盒出線，方便與其他電器設(shè)備連接。接線方法：

面對(duì)傳感器平坦的一面，左正右負(fù)，一旦逆轉(zhuǎn)，它們會(huì)立即變熱，并可能燃燒！同時(shí)，反過來也是傳感器始終顯示85°C的原因。在實(shí)際操作過程中，正負(fù)旋轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，傳感器立即發(fā)熱，液晶屏不顯示讀數(shù)，正負(fù)極端顯示85°C。另外，如果使用51單片機(jī)，中間引腳必須連接4.7K-10K的上拉電阻，否則，由于高電平不能正常輸入/輸出，或者在電源顯示85°C后立即或 使用幾個(gè)月后溫度升至85°C并正常。特點(diǎn)：

獨(dú)特的第一線接口只需要一個(gè)端口通信，簡(jiǎn)化了分布式溫度檢測(cè)應(yīng)用。不需要外部組件來提供數(shù)據(jù)總線電力。電壓范圍為3.0 V至5.5 V.不需要備用電源。測(cè)量溫度范圍為-55°C至+ 125°C。華氏度相當(dāng)于-67°C至257°F-10°C至+85°C±0.5°C

基于單片機(jī)體溫檢測(cè)儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

溫度傳感器可編程分辨率為9至12位，溫度轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字格式，最大可達(dá)750毫秒，用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置，應(yīng)用包括溫度控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)類電子產(chǎn)品溫度計(jì)，敏感系統(tǒng)。

描述DS18B20的數(shù)字溫度計(jì)提供9到12位（可編程設(shè)備溫度讀數(shù)）。由于DS18B20是一種端口通信，中央微處理器只有一個(gè)與DS18B20的端口連接。對(duì)于讀寫和溫度轉(zhuǎn)換，可以從數(shù)據(jù)線本身獲得能量，無需外部電源。由于每個(gè)DS18B20包含一個(gè)唯一的序列號(hào)，所以同一條總線上可以同時(shí)存在多個(gè)DS18B20。這使得溫度傳感器可以放置在許多不同的地方。它有許多用途，包括空調(diào)環(huán)境控制，建筑物中溫度設(shè)備或機(jī)器的傳感，以及過程監(jiān)控和控制。

DS18B20使用單線通信接口，由于第一線通信接口，必須先完成ROM設(shè)置，否則存儲(chǔ)器和控制功能將不可用。主要提供以下功能命令之一：1.讀取ROM 2.ROM匹配3.搜索ROM 4.跳過ROM 5.報(bào)警檢查。這些指令在沒有設(shè)備的64位平版ROM序列號(hào)上運(yùn)行?？梢赃x擇一條線上的多個(gè)設(shè)備來選擇一個(gè)設(shè)備。同時(shí)，總線可以知道總線上有多少設(shè)備以及總線上有哪些設(shè)備。

如果指令成功完成DS18B20溫度測(cè)量，則數(shù)據(jù)將存儲(chǔ)在DS18B20的存儲(chǔ)器中?？刂乒δ苤甘綝S18B20執(zhí)行溫度測(cè)量。測(cè)量結(jié)果將被放入DS18B20的存儲(chǔ)器中，并可由存儲(chǔ)器功能的指令器讀取，讀取內(nèi)容的片上存儲(chǔ)器。溫度報(bào)警觸發(fā)TH和TL有一個(gè)字節(jié)的EEPROM數(shù)據(jù)。如果DS18B20不使用警報(bào)檢查指令，則這些寄存器可用于一般用戶存儲(chǔ)目的。片內(nèi)還包含配置字節(jié)以理想地解決溫度數(shù)字轉(zhuǎn)換問題。寫入TH，TL指令和配置字節(jié)是使用存儲(chǔ)器功能指令完成的。通過寄存器讀寄存器。所有數(shù)據(jù)的讀寫從最低位開始。

部件描述：DS18B20的存儲(chǔ)器由暫存RAM和電可擦除RAM組成，電可擦除RAM又包括溫度觸發(fā)器TH和TL以及配置寄存器。內(nèi)存可以完全確定第一線端口的通信，用寫入寄存器的命令將數(shù)字寫入寄存器，然后讀取寄存器的命令也可用于確認(rèn)這些數(shù)字。當(dāng)進(jìn)行確認(rèn)時(shí)，可以使用命令復(fù)制寄存器將這些數(shù)字傳送到電可擦除RAM中。當(dāng)寄存器中的數(shù)字被修改時(shí)，此過程確保數(shù)字完整性。

高速緩沖存儲(chǔ)器RAM由8個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)器組成;讀取寄存器的命令可以讀取第九個(gè)字節(jié)。該字節(jié)用于驗(yàn)證前八個(gè)字節(jié)。

64位光刻ROM，其前8位是DS18B20自己的代碼，接下來的48位是連續(xù)的數(shù)字代碼，最后8位是CRC校驗(yàn)的前56位。64位光刻ROM還包含五個(gè)ROM功能命令：讀取ROM，匹配ROM，跳轉(zhuǎn)ROM，查找ROM和報(bào)警查找。

外部電源連接：DS18B20可以使用外部電源VDD或內(nèi)部寄生電源。當(dāng)VDD端口連接到3.0V至5.5V的電壓時(shí)，使用外部電源;當(dāng)VDD端口接地時(shí)使用內(nèi)部寄生電源。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部電源，I / O端口線都必須連接一個(gè)約5KΩ的上拉電阻。

配置寄存器配置有不同的位數(shù)，以確定溫度和轉(zhuǎn)換次數(shù)?？梢钥闯?，R1和R0

基于單片機(jī)體溫檢測(cè)儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

是溫度決定位，可以通過R1和R0的不同組合來配置為9位，10位，11位和12位溫度顯示。這樣，可以知道對(duì)應(yīng)于不同溫度轉(zhuǎn)換位的轉(zhuǎn)換時(shí)間。四種配置的分辨率分別為0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃，出貨時(shí)配置為12位。

溫度讀數(shù)：DS18B20配置為12位。讀取溫度時(shí)，讀取16位數(shù)據(jù)。前5位是符號(hào)位。當(dāng)前5位為1時(shí)，讀取溫度為負(fù)值;目前的5位。在0時(shí)，讀取溫度為正值。當(dāng)溫度為正值時(shí)，讀取方法為：將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。當(dāng)溫度為負(fù)值時(shí)，讀數(shù)方法為：將16加到16的倒數(shù)，然后轉(zhuǎn)換為10進(jìn)制。例：0550H = +85 度（0*16^0+5*16^1+5*16^2+0*16^3=1360;1360*0.0625=85），F(xiàn)C90H =-55 度。

ROM指令表如下所示：

圖2-9 ROM指令表圖

RAM指令表：

圖2-10 RAM指令表圖

時(shí)序：

使用時(shí)間間隙來讀寫 DSl8B20 的數(shù)據(jù)位和寫命令(1)初始化

時(shí)序見圖 2.11 總線 在to 時(shí)段發(fā)送一復(fù)位脈沖(最短為 480us 的低電平信號(hào))接著在 tl 時(shí)段釋放總線并進(jìn)入接收狀態(tài) DSl8B20 在檢測(cè)到總線的上升沿之后 等待 15-60us 接著 DS18B20 在 t2 時(shí)段發(fā)出存在脈沖(60-240 us)如圖中虛線所示。

基于單片機(jī)體溫檢測(cè)儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

圖2-11 初始化時(shí)序

(2)寫時(shí)間隙

當(dāng)總線 t0 時(shí)段從高電平到低電平時(shí)，就產(chǎn)生寫時(shí)間隙，見圖 2-12和 圖 2-13，從 t0時(shí)段開始在15us 之內(nèi)應(yīng)將所需寫的位送到總線上 DSl8B20 在 t 后 15-60us 間對(duì)總線采樣，若低電平寫入的位是 0。見圖 2-12，若高電平寫入的是 1，見圖 2-13連續(xù)寫 2 位間的間隙應(yīng)大于 1us。

圖2-12 寫0時(shí)序

圖2-13 寫1時(shí)序

(3)讀時(shí)間隙

見圖 2-13主機(jī)總線 to 時(shí)段從高拉至低電平時(shí) 總線只須保持低電平l 7us 之后在 t1 時(shí)段將總線拉高 產(chǎn)生讀時(shí)間隙 讀時(shí)間隙在 t1 時(shí)段后 t 2 時(shí)段前有效 t z 距 to 為 15us 也就是說 t z 時(shí)段前主機(jī)必須完成讀位 并在 t o 后的 60 us 一 120 us 內(nèi)釋放總線。

圖2-14 讀時(shí)序

讀取溫度過程：調(diào)用初使化子程序---送入跳過 ROM 命令(0xcc)---送入溫度轉(zhuǎn)換命令(0x44)---溫度轉(zhuǎn)換,再次初使化 ds18B20---送入跳過 ROM 命令(0xcc)-----送入讀溫度暫存器命令(0xbe)---讀出溫度值低字節(jié)----讀出溫度值高字節(jié)。

報(bào)警模塊：當(dāng)檢測(cè)到的體溫?cái)?shù)值超過37攝氏度時(shí)，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行報(bào)警顯示，LCD1602進(jìn)行報(bào)警提示，LCD第二行會(huì)顯示“temp is too high”。

基于單片機(jī)體溫檢測(cè)儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 讀ROM地址

讀ROM地址程序要把DS18B20模塊連接到單總線上，并把當(dāng)前DS18B20模塊的ROM地址讀取：過程如下，首先計(jì)算存儲(chǔ)當(dāng)前DS18B20模塊ROM地址的存儲(chǔ)單元的偏移地址，然后初始化DS18B20，發(fā)送和讀取ROM命令，并將ROM地址讀入內(nèi)存位置。讀ROM地址部分程序： void read_ROM(){

uchar j;

j = NUM1*8;

DS18B20_init();

write_byte(0x33);

ROM[j] = read_byte();}

圖3-1 ROM讀取地址程序的流程圖

基于單片機(jī)體溫檢測(cè)儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.2 讀取溫度

讀取DS18B20溫度時(shí)，首先向總線放啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換命令，啟動(dòng)連接總線上的DS18B20模塊溫度裝換；再根據(jù)傳感器的64位ROM地址，發(fā)送到總線匹配對(duì)應(yīng)的傳感器模塊；最后向總線發(fā)讀取暫存器命令讀DS18B20模塊轉(zhuǎn)換的溫度值。讀取溫度部分程序： void read_temp()

{ DS18B20_init();write_byte(0xcc);

write_byte(0x44);

delay(400);

DS18B20_init();write_byte(0xcc);write_byte(0xbe);

DATA_L = read_byte();

DATA_H = read_byte();

temp1=DATA_H*256 + DATA_L;

temp=temp1*0.0625;temp2=temp*10;}

圖3-2 DS18B20讀取溫度程序的流程圖

基于單片機(jī)體溫檢測(cè)儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.3 顯示溫度

顯示溫度傳感器讀出的溫度值，DS18B20傳感器的溫度值是12位，存放在2個(gè)字節(jié)中，其中高字節(jié)的高5位為符號(hào)位，如果溫度值是正數(shù)，則符號(hào)位0，如果溫度值是負(fù)數(shù)，則符號(hào)位為1。在顯示溫度程序時(shí)，首先根據(jù)高位字節(jié)的高5位確定是正數(shù)或者負(fù)數(shù)，并提取高位字節(jié)的百位，十位和十位數(shù)字，并將其轉(zhuǎn)換為字符代碼并將其放入相應(yīng)的緩沖區(qū);將其內(nèi)容顯示在液晶監(jiān)視器上。顯示溫度部分程序： void disp_temp(){

uchar k;

} 報(bào)警提示： if(temp2 > 370)

{

wc51r(0xc0);

{

wc51ddr(LCD2_line[k]);

delay(2);

} } else {

wc51r(0xc0);

wc51r(0x80);

LCD1_line[10] =(temp2%100)%10+0x30;LCD1_line[7] =(temp2/100)+0x30;

LCD1_line[8] =(temp2%100)/10+0x30;

LCD1_line[9] = '.';LCD1_line[12] = '^';LCD1_line[13] = 'C';for(k=0;k<16;k++){

wc51ddr(LCD1_line[k]);

delay(2);}

for(k=0;k<16;k++)

基于單片機(jī)體溫檢測(cè)儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

for(k=0;k<16;k++)

}

{

wc51ddr(LCD3_line[k]);

delay(2);

} }

圖3-3 DS18B20顯示溫度程序的流程圖

基于單片機(jī)體溫檢測(cè)儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 測(cè)試結(jié)果

4.1 測(cè)試計(jì)劃

在keil，我們編譯程序并通過keil編譯編譯器，以確保程序沒有錯(cuò)誤。如果沒有錯(cuò)誤，我們使用keil軟件模擬逐步模擬并檢查相關(guān)寄存器的值以確認(rèn)程序是否正確?；蛘?，通過編譯生成的十六進(jìn)制文件編譯仿真軟件并檢查結(jié)果，直到結(jié)果沒有錯(cuò)誤。

Proteus仿真軟件不僅可以在仿真軟件的接線圖中，Keil編譯的編譯程序可以直接下載到單片機(jī)仿真器上，可以模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而檢測(cè)出設(shè)計(jì)成功。

在keil中，我們編寫了一個(gè)由keil中的編譯器編譯的程序。這確保語(yǔ)法無錯(cuò)誤。我們?cè)趉eil中使用軟件仿真來模擬逐步模擬，并且檢查相關(guān)寄存器的值。該過程是正確的?；蛘呔幾g生成的HEX文件并將其寫入仿真軟件以查看特定效果，并且可以無誤地完成。

Keil C51由ARM公司開發(fā)。它是一款非常強(qiáng)大的單片機(jī)開發(fā)工具，用于51單片機(jī)的開發(fā)和設(shè)計(jì)，內(nèi)部具體的編譯和調(diào)試軟件仿真等等。您也可以開發(fā)ARM程序。Keil軟件只需要設(shè)置生成HEX，就可以將高級(jí)語(yǔ)言翻譯成機(jī)器可識(shí)別的機(jī)器語(yǔ)言。

設(shè)計(jì)開發(fā)過程使用Keil C51開發(fā)環(huán)境。首先打開keil C51程序開發(fā)軟件，雙擊這個(gè)軟件進(jìn)入軟件開發(fā)的主界面，這時(shí)候沒有項(xiàng)目文件，我們需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目，點(diǎn)擊項(xiàng)目項(xiàng)目，選擇第一個(gè)選項(xiàng)，然后選擇保存位置和項(xiàng)目名稱，然后彈出選擇單片機(jī)類型的接口，因?yàn)槲覀兪褂玫挠布纹瑱C(jī)STC89C52和AT89S52屬于同一個(gè)。當(dāng)keil創(chuàng)建項(xiàng)目時(shí)，我們可以用AT89C52替換STC89C52微控制器。由于它們都屬于5微控制器，請(qǐng)選擇確定，然后單擊確定。

圖4-1 keil創(chuàng)建工程

完成上述步驟后，需要?jiǎng)?chuàng)建.c文件并將其保存，然后想要將保存的.c文件添加

基于單片機(jī)體溫檢測(cè)儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

到項(xiàng)目中，右鍵單擊該項(xiàng)目組，然后選擇添加文件...，然后 你可以看到項(xiàng)目目錄中的.c文件。此時(shí)，您可以將程序?qū)懭氤绦騾^(qū)域。程序編寫完成后，需要編譯。Keil C51軟件可以生成可直接使用的HEX格式文件。因此，還必須生成HEX文件。要生成HEX文件，您必須在IDE的“Projet”>“Output”HEX-80中選擇HEX Format列，然后勾選Create HEX File列。如下圖所示：

圖4-2 keil配置圖

接下來我們把編譯生成的hex文件，下載到仿真軟件中的模擬單片機(jī)，進(jìn)行仿真測(cè)試。

Proteus軟件是英國(guó)Lab Center Electronics公司發(fā)布的EDA工具軟件（該軟件是廣州飛馬電子科技有限公司的總代理）。它不僅具有其他EDA工具軟件的仿真功能，而且還可以仿真MCU和外圍設(shè)備。它是模擬微控制器和外圍設(shè)備的更好工具。盡管目前國(guó)內(nèi)的推廣工作剛剛起步，但單片機(jī)愛好者，從事單片機(jī)教學(xué)的教師以及致力于單片機(jī)開發(fā)和應(yīng)用的科技工作者對(duì)此表示贊賞。

Proteus是英國(guó)著名的EDA工具（仿真軟件）。從原理圖布局和代碼調(diào)試到單片機(jī)和外圍電路的協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。它是世界上唯一將電路仿真軟件，PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件相結(jié)合的設(shè)計(jì)平臺(tái)。該處理器型號(hào)支持8051，HC11，PIC10 / 12/16/18/24/30 / DsPIC33，AVR，ARM，8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并繼續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持許多編譯器，如IAR，keil和MPLAB。

特征： 1.原則布局

2.PCB自動(dòng)或手動(dòng)布線 3.SPICE電路仿真

基于單片機(jī)體溫檢測(cè)儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

革命性的特點(diǎn)： 1.交互式電路仿真

用戶甚至可以使用RAM，ROM，鍵盤，電機(jī)，LED，LCD，AD / DA，一些SPI器件和一些IIC器件等實(shí)時(shí)應(yīng)用。

2.仿真處理器及其外圍電路

可以仿真51系列，AVR，PIC，ARM等。常用的主流單片機(jī)。您也可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，然后顯示和輸出。運(yùn)行后您可以看到輸入和輸出的效果。通過配備系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀和示波器，Proteus建立了完整的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。4.2 仿真結(jié)果

經(jīng)過仿真測(cè)試，系統(tǒng)順利運(yùn)行，LCD顯示準(zhǔn)確地得出檢測(cè)的結(jié)果。

圖4-3 電路模擬仿真圖

實(shí)物檢測(cè)成果如下圖所示：

基于單片機(jī)體溫檢測(cè)儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

圖4-2 系統(tǒng)實(shí)物檢測(cè)圖

基于單片機(jī)的體溫探測(cè)儀設(shè)計(jì) 總結(jié)與展望

本系統(tǒng)通過以單片機(jī)STC89C52為核心設(shè)計(jì)開發(fā)的體溫檢測(cè)儀，用DS18C20傳感器檢測(cè)體溫，在LCD1602顯示體溫?cái)?shù)值，在最后的實(shí)驗(yàn)下基本實(shí)現(xiàn)了這些功能，滿足了項(xiàng)目需求。但是該系統(tǒng)還是存在著不少的缺陷，還有許多改進(jìn)的地方需要完善。相較于其他的溫度檢測(cè)系統(tǒng)來說，本次設(shè)計(jì)的體溫檢測(cè)儀最大的亮點(diǎn)就在于它的集成度較高，攜帶也比較方便，我對(duì)此系統(tǒng)還有更近一步的空間，對(duì)于溫度傳感器的知識(shí)了解還不是很深入，對(duì)此掌握的還不是很熟練。通過了這次的溫度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)和開發(fā)，對(duì)溫度傳感器的知識(shí)有了進(jìn)一步的了解，在設(shè)計(jì)的過程中也學(xué)習(xí)到了很多知識(shí)，也了解了自己的不足之處，希望在今后能夠加深對(duì)這方面的知識(shí)，在以后的設(shè)計(jì)過程中能更一步。

IV

基于單片機(jī)體溫檢測(cè)儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

參考文獻(xiàn)

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基于單片機(jī)體溫檢測(cè)儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

VI

第四篇：汽車安全檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

汽車安全檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

引言汽車在為人類帶來便利的同時(shí)，也帶來了大氣污染、環(huán)境噪聲及交通安全等一系列問題。因此，如何把汽車廢氣和噪音污染限制在一定的范圍內(nèi)，同時(shí)又能做到安全性能相對(duì)較高，是汽車制造應(yīng)重點(diǎn)考慮的主要因素。汽車本身是一個(gè)較為復(fù)雜的系統(tǒng)，出廠時(shí)都要求符合一定的標(biāo)準(zhǔn)，但隨著行駛里程的增加和使用時(shí)間的延續(xù)，其性能和安全狀況將會(huì)不斷降低，那么汽車運(yùn)行一段時(shí)間后是否還能滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求？這就要定期對(duì)其進(jìn)行安全檢測(cè)。汽車安全性能檢測(cè)就是對(duì)汽車的安全性能狀況進(jìn)行測(cè)試和檢驗(yàn)的一門技術(shù)，它已成為交通行業(yè)管理部門對(duì)車輛安全性能檢測(cè)和汽車生產(chǎn)維修行業(yè)以及汽車進(jìn)出廠檢驗(yàn)及故障診斷的主要技術(shù)手段。2 系統(tǒng)構(gòu)成與硬件設(shè)計(jì)汽車檢測(cè)分為汽車性能檢測(cè)和汽車安全檢測(cè)兩類，本文主要針對(duì)汽車安全檢測(cè)介紹全檢車過程的自動(dòng)控制原理與實(shí)現(xiàn)。圖1給出了汽車安全檢測(cè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的各組成部分結(jié)構(gòu)框圖。該系統(tǒng)主要由登錄機(jī)、上位機(jī)和下位機(jī)(各工位檢測(cè)設(shè)備及儀表)三個(gè)部分組成[1]。系統(tǒng)核心軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)軟件主要涉及各檢測(cè)設(shè)備、登錄機(jī)與上位機(jī)三個(gè)部分。各檢測(cè)設(shè)備程序一般均由廠家提供，系統(tǒng)通過其接口程序調(diào)用使用設(shè)備。登錄機(jī)功能較為單一，其軟件設(shè)計(jì)也不復(fù)雜。此處著重以上位機(jī)監(jiān)控與管理軟件來分析說明系統(tǒng)核心功能模塊的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程。3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)與數(shù)據(jù)報(bào)表設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)按照“汽車檢測(cè)站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范（JT/T478-2002）”[2]對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的規(guī)定，要求在車輛上線檢測(cè)時(shí)，控制系統(tǒng)應(yīng)實(shí)時(shí)記錄檢測(cè)數(shù)據(jù)，并在完成一輛車輛的所有檢測(cè)項(xiàng)目后，控制系統(tǒng)應(yīng)立即將該車輛完備的檢測(cè)數(shù)據(jù)和判定結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫(kù)。為此，本系統(tǒng)選用了SQL Server 2000作數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)AutosDetDB，其中主要數(shù)據(jù)表有：車輛基本信息表BaseInfoT，車輛檔案信息表AutosT，檢測(cè)項(xiàng)目信息表DetItmT，檢測(cè)數(shù)據(jù)信息表DetDataT，檢測(cè)項(xiàng)目判定表AssT，項(xiàng)目合格標(biāo)準(zhǔn)表DetStdT等；前5個(gè)數(shù)據(jù)表通過車輛標(biāo)識(shí)碼VIN字段實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)設(shè)有數(shù)據(jù)源Autos，統(tǒng)一采用ODBC數(shù)據(jù)接口訪問數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的插入、刪除、修改及查詢操作。數(shù)據(jù)報(bào)表是車輛安全檢測(cè)站在車輛安檢完畢后向車主報(bào)告或反饋車輛安全性能狀況的重要技術(shù)手段。根據(jù)“機(jī)動(dòng)車安全檢驗(yàn)項(xiàng)目和方法（GA 468-2004）”[2]對(duì)報(bào)表設(shè)計(jì)的規(guī)范，要求報(bào)表必須涵蓋如下信息：檢測(cè)站名稱，上線流水號(hào)，車輛基本信息，車輛七項(xiàng)線內(nèi)檢測(cè)（尾氣、車速、燈光、喇叭、側(cè)滑、軸重、制動(dòng)）的檢測(cè)結(jié)果及合格判定，線內(nèi)地溝檢查結(jié)果及合格判定，外觀檢查與路試等線外檢驗(yàn)結(jié)果及合格判定。考慮到該數(shù)據(jù)報(bào)表涉及的數(shù)據(jù)類型及數(shù)據(jù)格式較多、布局錯(cuò)綜復(fù)雜這一情況，報(bào)表設(shè)計(jì)未在VB的數(shù)據(jù)環(huán)境中使用數(shù)據(jù)報(bào)表設(shè)計(jì)器DataReport對(duì)象來進(jìn)行。而是先將系統(tǒng)數(shù)據(jù)報(bào)表在Word 2000中制成A4頁(yè)面大小的表格模板，以Doc格式文檔存盤；然后在上位機(jī)軟件報(bào)表窗體中引入OLE容器控件，在該容器控件中插入事先創(chuàng)建好的Doc格式報(bào)表模板文件并在已加載報(bào)表模板的相應(yīng)位置均添加Label標(biāo)簽，各標(biāo)簽與檢測(cè)數(shù)據(jù)信息表DetDataT中的相應(yīng)字段綁定。每當(dāng)車輛檢測(cè)完后，報(bào)表模板中所有標(biāo)簽的Caption屬性均被自動(dòng)更新為當(dāng)前車輛的各項(xiàng)目檢測(cè)值，通過調(diào)用OLE控件所在窗體對(duì)象的PrintForm事件即可實(shí)現(xiàn)報(bào)表的實(shí)時(shí)打印輸出。3.2 通信串口程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)上位機(jī)與檢測(cè)線上的所有檢測(cè)設(shè)備和儀表均采用基于串口的主從通信方式。上位機(jī)自帶2個(gè)串口另加一塊PCI總線8串口卡，共可提供10個(gè)通信串口。由圖1可知，這10個(gè)串口分別負(fù)責(zé)與工位電子顯示屏以及分布在3個(gè)工位的9臺(tái)設(shè)備和儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，同時(shí)在系統(tǒng)程序中加載10個(gè)串口通信控件。根據(jù)各檢測(cè)設(shè)備通信協(xié)議的要求，設(shè)置相應(yīng)串口通信控件的關(guān)鍵屬性[3]?？紤]到系統(tǒng)的靈活性及檢測(cè)線中檢測(cè)設(shè)備通信故障檢修的方便性，系統(tǒng)可為各設(shè)備動(dòng)態(tài)分配通信端口。為統(tǒng)一操作和管理，系統(tǒng)定義了一個(gè)過程MultiComInit，負(fù)責(zé)所有串口的初始化操作；此外，還定義了一個(gè)過程MultiComCls，負(fù)責(zé)所有串口的關(guān)閉操作。以下以端口8為例，給出相應(yīng)串口的初始化程序代碼[4]。'MSComCH串口控件負(fù)責(zé)與側(cè)滑儀通信MSComCH.CommPort=8 '端口號(hào)，可在1～10間設(shè)置MSComCH.Settings=“2400,n,8,1” '波特率，校驗(yàn)位，數(shù)據(jù)位，停止位MSComCH.InputMode=comInputModeBinary '二進(jìn)制數(shù)據(jù)傳輸方式MSComCH.InBufferSize=512 '接收緩沖區(qū)大小MSComCH.OutBufferSize=512 '發(fā)送緩沖區(qū)大小MSComCH.RThreshold=12 '接收12字節(jié)產(chǎn)生oncomm事件MSComCH.SThreshold=0 '禁止發(fā)送字節(jié)產(chǎn)生oncomm事件MSComCH.PortOpen=True '打開串口3.3 待檢項(xiàng)目車輛就位程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)車檢時(shí)車輛就位極為關(guān)鍵。安檢線上只有地溝屬線內(nèi)目視檢查項(xiàng)目，對(duì)車輛定位沒有嚴(yán)格要求；此外其他項(xiàng)目檢測(cè)均需車輛精確定位，否則，檢測(cè)就無法進(jìn)行或是檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。本檢測(cè)線上各項(xiàng)目檢測(cè)點(diǎn)均安裝了光電開關(guān)或遙控開關(guān)，這些開關(guān)直接與上位機(jī)PCI-1762數(shù)字I/O卡各DI端口相連，系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)判斷相應(yīng)DI端口的電平變化情況即可判定受檢車是否就位。下面以汽車軸重檢測(cè)為例，對(duì)本系統(tǒng)車輛就位功能模塊的設(shè)計(jì)過程加以說明。汽車軸重儀傳感器部分由一對(duì)電子稱組成，可用于實(shí)現(xiàn)同軸左右輪的稱重。軸重檢測(cè)時(shí)需要前后兩對(duì)光電開光（靠近車頭的為前光電開關(guān)）實(shí)現(xiàn)被檢軸定位。假定連接這兩對(duì)光電開關(guān)的I/O卡兩DI端口的電平變化情況存放在DI(0)和DI(1)數(shù)組元素中。數(shù)組元素值為1，表示光電信號(hào)被車輪遮擋；反之，則表示光電信號(hào)未被車輪遮擋。圖2描述了軸重檢測(cè)時(shí)被檢車輛當(dāng)前車軸的就位判定過程，圖中TmrDW定時(shí)間隔表示車軸就位時(shí)間，該時(shí)間可視實(shí)際情況自由設(shè)定。

3.4 檢測(cè)程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)車輛安全檢測(cè)涉及的檢測(cè)項(xiàng)目較多，這里僅以核心檢測(cè)項(xiàng)目之一——制動(dòng)檢測(cè)為例，對(duì)其檢測(cè)程序的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行描述。制動(dòng)檢測(cè)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛各軸左右輪制動(dòng)力的檢測(cè)，本系統(tǒng)采用HYZD-10型制動(dòng)儀來完成這一檢測(cè)過程。在檢測(cè)各軸制動(dòng)力時(shí)，上位機(jī)啟動(dòng)設(shè)備檢測(cè)后，制動(dòng)儀不斷采樣制動(dòng)力并上傳采樣數(shù)據(jù)，同時(shí)，上位機(jī)利用串口事件觸發(fā)方式接收采樣數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)繪制制動(dòng)力變化曲線，找出制動(dòng)期間左右輪的最大制動(dòng)力以及兩輪制動(dòng)力最大差值點(diǎn)時(shí)刻左右輪制動(dòng)力。以上信息都是制動(dòng)檢測(cè)項(xiàng)目合格與否的重要衡量指標(biāo)。下面給出的是連續(xù)制動(dòng)5秒鐘期間系統(tǒng)繪制的同軸左右兩輪制動(dòng)力變化曲線（見圖3）及繪制制動(dòng)力曲線的部分主要程序代碼，其中，數(shù)組LX、RX分別用于存放左、右輪制動(dòng)力線段的X軸坐標(biāo)；數(shù)組LY、RY分別用于存放左、右輪制動(dòng)力線段的Y軸坐標(biāo)。OnComCnt=OnComCnt+1 '串口事件觸發(fā)計(jì)數(shù)If OnComCnt=1LX(1)=OnComCnt:LY(1)=TmpL '計(jì)算左輪制動(dòng)力終點(diǎn)坐標(biāo)RX(1)=OnComCnt:RY(1)=TmpR '計(jì)算右輪制動(dòng)力終點(diǎn)坐標(biāo)ElseLX(0)=LX(1):LY(0)=LY(1)'計(jì)算左輪制動(dòng)力起點(diǎn)坐標(biāo)LX(1)=OnComCnt:LY(1)=TmpL '計(jì)算左輪制動(dòng)力終點(diǎn)坐標(biāo)RX(0)=RX(1):RY(0)=RY(1)'計(jì)算右輪制動(dòng)力起點(diǎn)坐標(biāo)RX(1)=OnComCnt:RY(1)=TmpR '計(jì)算右輪制動(dòng)力終點(diǎn)坐標(biāo)End IfPict.DrawStyle=0 '定義線型及顏色, 畫線Pict.Line(LX(0),LY(0))-(LX(1),LY(1)),vbRedPict.Line(RX(0),RY(0))-(RX(1),RY(1)),vbBlue4 結(jié)束語(yǔ)該系統(tǒng)已用于本市機(jī)動(dòng)車檢測(cè)中心的汽車安全檢測(cè)線，日檢車達(dá)320輛，高峰時(shí)系統(tǒng)允許5輛車同時(shí)在線檢測(cè)。除地溝檢查和尾氣檢測(cè)的插取樣管作業(yè)外，其余項(xiàng)目檢測(cè)無需人工參與，基本實(shí)現(xiàn)了無人化自動(dòng)檢車。與其它檢測(cè)線相比，本系統(tǒng)總體協(xié)調(diào)性好，能較好地均衡各工位的工作負(fù)荷，檢車效率提高了0.7倍左右。系統(tǒng)軟件可操作性強(qiáng)，人機(jī)界面友好。主控程序采用了前一工位封鎖后一工位的級(jí)聯(lián)式集中控制策略，從而可確保檢測(cè)次序和防止數(shù)據(jù)錯(cuò)亂，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性和檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠性。此外，上位主控機(jī)可動(dòng)態(tài)設(shè)置各檢測(cè)設(shè)備的通信串口號(hào)，便于系統(tǒng)維護(hù)和設(shè)備通信故障調(diào)試。但上、下位機(jī)間采用主從式串口通信，使得它們之間的數(shù)據(jù)交互傳輸距離成了本系統(tǒng)的一個(gè)瓶頸，因此，這一不足還有待于今后努力探索和解決。

第五篇：模擬電子線路虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

模擬電子線路虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：虛擬技術(shù)的發(fā)展使電子線路的分析設(shè)計(jì)過程得以在計(jì)算機(jī)上輕松、準(zhǔn)確、快捷地完成。這樣，一方面克服了實(shí)驗(yàn)室在元器件和規(guī)格上的限制，避免了損壞儀器等不利因素，另一方面使得實(shí)驗(yàn)不受時(shí)間及空間的限制，從而促進(jìn)電子線路實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)代化。

關(guān)鍵詞： 電子線路EDA技術(shù)多媒體技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn) 1．電子線路虛擬實(shí)驗(yàn)概述

虛擬技術(shù)是近年發(fā)展起來的，利用計(jì)算機(jī)模仿真實(shí)過程的實(shí)用技術(shù)。電子線路虛擬實(shí)驗(yàn)是利用計(jì)算機(jī)構(gòu)造一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)M環(huán)境，通過電路的建立和對(duì)數(shù)據(jù)與電路功能的分析，達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果和目的的一種新的實(shí)驗(yàn)方法。EDA技術(shù)是一種以計(jì)算機(jī)為基本工作平臺(tái)，以高級(jí)語(yǔ)言描述、具有系統(tǒng)級(jí)仿真和綜合能力的軟件工具。軟件有多種，其中Multisim軟件是較常見的電子技術(shù)設(shè)計(jì)和實(shí)訓(xùn)的工具。通常工具軟件的元器件庫(kù)儲(chǔ)存有許多大公司的晶體管、阻容元件、集成電路和數(shù)字門電路芯片等元器件，儀器庫(kù)則有萬(wàn)用表、示波器、信號(hào)發(fā)生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數(shù)字信號(hào)發(fā)生器、邏輯轉(zhuǎn)換等儀器，接通開關(guān)就可以進(jìn)行和實(shí)物實(shí)驗(yàn)一樣的測(cè)試分析了。但這類軟件的缺點(diǎn)是元件均是以電路符號(hào)實(shí)現(xiàn)的,與實(shí)物試驗(yàn)差別很大.我們所完成的多媒體電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟件的突出優(yōu)點(diǎn)是:元件及儀表均以實(shí)物形式重現(xiàn),直觀性強(qiáng),可操作性高。

2．電子線路虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn) 2.1實(shí)行虛擬實(shí)驗(yàn)的必要性

電子線路是一門較為抽象的理論型課程。在學(xué)習(xí)電路理論時(shí)必須理論聯(lián)系實(shí)際，抓好教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生能根據(jù)自己的實(shí)際情況，結(jié)合教師的教學(xué)要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，驗(yàn)證所學(xué)到的電路原理。但是，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的種種現(xiàn)象又不盡人意，暴露了傳統(tǒng)實(shí)物實(shí)驗(yàn)的一些固有缺陷。例如：

（1）學(xué)生不熟悉電路連接，還沒有掌握好錫焊技術(shù)，所以連接電路時(shí)極易出錯(cuò)。

（2）電路連接錯(cuò)誤，易造成電子元器件及測(cè)試儀器的損壞。學(xué)生不熟悉儀器操作也是造成儀器容易損壞的原因。

（3）學(xué)生不能根據(jù)自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間，更不能像做家庭作業(yè)一樣在課余時(shí)間進(jìn)行練習(xí)。有限的教學(xué)時(shí)數(shù)與學(xué)生技能的提高矛盾突出。

（4）實(shí)驗(yàn)的元器件離散性大，環(huán)境變化引起的溫漂、干擾等因素會(huì)造成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的偏差。（5）傳統(tǒng)的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)是以實(shí)物為主的，設(shè)備易磨損老化，需要定期更新；教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備配置與教學(xué)大綱的教學(xué)要求相對(duì)應(yīng)，隨著教學(xué)要求的提高及電子技術(shù)的飛速發(fā)展，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的技術(shù)水平也不斷提高，數(shù)量也要有所增加，這要消耗我們有限的教學(xué)經(jīng)費(fèi)。EDA技術(shù)恰好能夠彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)的不足。它的優(yōu)點(diǎn)是：

（1）在計(jì)算機(jī)上即可完成和實(shí)現(xiàn)電路的電氣連接，檢測(cè)電路的電性能。例如，顯示檢測(cè)點(diǎn)的電壓電流波形及對(duì)電路進(jìn)行直流分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅立葉分析等多種分析，及時(shí)獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

（2）評(píng)估元器件參數(shù)變化（包括故障）對(duì)電路造成的影響。分析一些較難測(cè)量的電路特性，如進(jìn)行噪聲（Noise）、頻譜（Fourier）、器件靈敏度（Sensitivity）、溫度特性（Temperature）分析等。

（3）可以在短暫的實(shí)驗(yàn)時(shí)間里快速完成較復(fù)雜的電路連接、測(cè)試工作。（4）可以很容易地實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的量化評(píng)估。

2.2實(shí)驗(yàn)室的建構(gòu)

作為傳統(tǒng)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充，使學(xué)生初步掌握仿真軟件技術(shù)，可使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容緊密聯(lián)系課本內(nèi)容，比較全面地概括和反映部分所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，將課堂內(nèi)容具體化。一方面繼承實(shí)物

實(shí)驗(yàn)可操作性、參與性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，另一方面又可利用計(jì)算機(jī)優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮其直觀、動(dòng)態(tài)模擬、迅速準(zhǔn)確、資源共享、資金投入量少等特點(diǎn)，從而建立一種新型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，進(jìn)一步提高教學(xué)效率。系統(tǒng)配置是：一臺(tái)多媒體計(jì)算機(jī)+多媒體電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用軟件。

3．虛擬實(shí)驗(yàn)示例

現(xiàn)以“單管基本電壓放大器”為例，說明具體實(shí)驗(yàn)在虛擬實(shí)驗(yàn)室中是怎樣開展的。實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了一系列參數(shù)設(shè)置、波形觀察和數(shù)據(jù)讀取，以驗(yàn)證虛擬實(shí)驗(yàn)的可操作性。

首先計(jì)算機(jī)裝上具有電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)功能的軟件，然后利用軟件提供的元件和儀器在屏幕上搭建單管電壓放大電路，如圖1所示。

圖1單管電壓放大電路

圖中信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)頻率為1kHz，幅度為VP-P=20mV的正弦波；萬(wàn)用表用于測(cè)量各點(diǎn)的工作電壓；示波器用于測(cè)量各點(diǎn)的波形。

接通虛擬直流電源開關(guān)，調(diào)整電位器Rw，使電路處于最佳放大狀態(tài)，示波器就顯示出波形失真最小、輸出信號(hào)幅度最大的反相放大波形；Rw調(diào)至阻值最大時(shí)，三級(jí)管接近截止，輸出幅度較小的截止失真波形；調(diào)至阻值最小時(shí)，三級(jí)管接近飽和，輸出飽和失真波形。圖1中顯示為三極管放大狀態(tài)時(shí)示波器面板顯示圖。

通過一系列電路的測(cè)試和數(shù)據(jù)的讀取分析與實(shí)物實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果進(jìn)行比較，得出基于EDA軟件的電子線路虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)芡暾?、?zhǔn)確、快速地達(dá)到所有電子線路課程的實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡慕Y(jié)論。

4虛擬實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的應(yīng)用 4.1功能作用

a.輔助課堂教學(xué)

傳統(tǒng)的電子線路教學(xué)往往是理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)部分分開進(jìn)行。教師在教室內(nèi)用粉筆、黑板傳授抽象的理論知識(shí)，在黑板上畫電路圖，給學(xué)生分析電路特性，分析電路隨著某一元件的

變化而變化的情況。教師講得辛苦，卻得不到理想的效果；學(xué)生聽課吃力，往往不得要領(lǐng)，很難對(duì)有關(guān)理論留下深刻的印象。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其主要目的就是為了檢驗(yàn)課堂上傳授的理論知識(shí)，加深對(duì)理論的理解和記憶。但是我們很難將一個(gè)實(shí)驗(yàn)搬到課堂中來，倘若有虛擬實(shí)驗(yàn)室，便可以很方便地利用其在課堂上進(jìn)行演示，讓抽象的理論及時(shí)得到檢驗(yàn)，給予學(xué)生感官上的認(rèn)識(shí)，達(dá)到從感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的有機(jī)過渡。

b.代表實(shí)物實(shí)驗(yàn)中理論的驗(yàn)證、電路分析和數(shù)據(jù)獲取等部分的操作 輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展，為學(xué)習(xí)者提供一個(gè)檢驗(yàn)電子線路理論和知識(shí)的環(huán)境。充分利用計(jì)算機(jī)快速準(zhǔn)確將繁瑣的計(jì)算公式通過編制程序計(jì)算出結(jié)果，畫出精確仿真圖線，幫助學(xué)生理解和分析復(fù)雜的電路。學(xué)生可以獨(dú)立使用自己計(jì)算機(jī)中構(gòu)建的虛擬實(shí)驗(yàn)室，主動(dòng)設(shè)疑、實(shí)驗(yàn)，不斷地得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果；并且可以修改參數(shù)，在不必?fù)?dān)心損壞儀器的情況下，迅速進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真，檢驗(yàn)自己對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握情況，這對(duì)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)水平是有益處的。

c.便于學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造性思維

教育的目的在于提高學(xué)生的分析能力、判斷能力及創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。我們知道用實(shí)物設(shè)計(jì)制作復(fù)雜一點(diǎn)的電路，單是搭建時(shí)準(zhǔn)備零件、制作電路板、焊接就要花費(fèi)不少功夫；接好電路后，為了使電路處于滿意的工作狀態(tài)，不斷地更換零件、調(diào)整參數(shù)也是十分費(fèi)時(shí)費(fèi)工的。學(xué)生要運(yùn)用自己學(xué)到的知識(shí)設(shè)計(jì)制作新穎的電路是一件很困難的事。現(xiàn)在，虛擬實(shí)驗(yàn)室給學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)優(yōu)良環(huán)境，學(xué)生可以充分發(fā)揮他們的智慧，展現(xiàn)他們的才華。

d.完善電子線路的遠(yuǎn)程教學(xué) 實(shí)驗(yàn)虛擬化，把實(shí)驗(yàn)室搬到了網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于電子線路這門操作性很強(qiáng)的課程來說，更加完善了電子線路的遠(yuǎn)程教學(xué)。

4.2運(yùn)用基礎(chǔ)

與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一樣，實(shí)驗(yàn)仿真軟件在設(shè)置實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先明確該實(shí)驗(yàn)要解決什么問題。這就要求教學(xué)人員不僅要對(duì)課程內(nèi)容和教學(xué)任務(wù)做系統(tǒng)深入的研究，認(rèn)識(shí)該學(xué)科的特點(diǎn)，劃分知識(shí)點(diǎn)，尤其是重點(diǎn)、難點(diǎn)，而且還要充分考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上確定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，編寫實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，讓學(xué)生在具備電子線路基本知識(shí)的基礎(chǔ)上開展虛擬實(shí)驗(yàn)。

4.3工作流程

在虛擬實(shí)驗(yàn)室中做實(shí)驗(yàn)的基本流程程序結(jié)構(gòu)（如圖2所示）。

圖2實(shí)驗(yàn)基本流程方框圖

因?yàn)槲覀兊慕虒W(xué)主要是理論傳授，不需要去開發(fā)和設(shè)計(jì)電路，所以上述的實(shí)驗(yàn)流程并不包括電路設(shè)計(jì)開發(fā)部分。但是EDA軟件在極大地滿足我們的實(shí)驗(yàn)要求的基礎(chǔ)上，還有非凡的應(yīng)用潛力，這無疑是個(gè)廣闊的天地。

在計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生上機(jī)普遍存在兩個(gè)問題：一是面對(duì)眾多的計(jì)算機(jī)，教師難以準(zhǔn)確、全面地掌握學(xué)生練習(xí)的實(shí)際情況，及時(shí)進(jìn)行個(gè)別輔導(dǎo)；二是難以做到上機(jī)時(shí)學(xué)生之間、師生之間進(jìn)行情況交流，使上機(jī)操作變成學(xué)生自己的活動(dòng)，影響教學(xué)。因此就要求建立一種虛擬試驗(yàn)的教學(xué)模式，使教學(xué)信息交流雙向化。

4.4虛擬實(shí)驗(yàn)室課堂的教學(xué)模式

由于虛擬實(shí)驗(yàn)室加入了教學(xué)的環(huán)節(jié)，打破了傳統(tǒng)教學(xué)的流程，勢(shì)必要求制定出新的教學(xué)模式以適應(yīng)發(fā)展的需要。根據(jù)建構(gòu)主義理論和教學(xué)設(shè)計(jì)理論的有關(guān)知識(shí)，可建立以下兩個(gè)教學(xué)模式（如圖3所示）：

圖3a實(shí)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式方框圖圖

圖3b虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式方框圖

第一種模式是先做1~2次實(shí)物實(shí)驗(yàn)，學(xué)生有了形象體驗(yàn)后再做虛擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)于從事沒有實(shí)物操作經(jīng)驗(yàn)或抽象思維能力、形象化能力較差的人，這樣做效果會(huì)好些；理工科的學(xué)生關(guān)于電子實(shí)物制作一般都已有所接觸，所以第一、二種教學(xué)模式他們都能較好地接受。教師可根據(jù)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)效果適當(dāng)變更。

5建立虛擬實(shí)驗(yàn)室，推廣電子線路遠(yuǎn)程教學(xué)

在信息社會(huì)中，知識(shí)的更新速度很快，各學(xué)科間的相互交叉滲透更為普遍，一次性的學(xué)校學(xué)習(xí)將不能滿足信息社會(huì)對(duì)人才的需求。這就使得各層次的教育必須面向社會(huì)，以服務(wù)于不同需求的社會(huì)人群。這個(gè)教學(xué)任務(wù)是傳統(tǒng)的教學(xué)手段所不能勝任的。Internet的飛速發(fā)展和普及，使這一教學(xué)任務(wù)的實(shí)現(xiàn)成為可能。

教學(xué)軟件與Internet接軌才能在人們廣泛的繼續(xù)教育、培訓(xùn)教育乃至終身教育中顯示其優(yōu)勢(shì)性能，充分發(fā)揮重要作用。本軟件就是讓電子線路實(shí)驗(yàn)教學(xué)與Internet接軌的良好工具。使用本技術(shù)的虛擬實(shí)驗(yàn)室可以有效地配合網(wǎng)上電子線路理論教學(xué)，原有的電子線路CAI加上虛擬實(shí)驗(yàn)將使網(wǎng)絡(luò)教學(xué)更加完善，便于推廣電子線路教學(xué)的遠(yuǎn)程化。

虛擬實(shí)驗(yàn)室不受時(shí)間及空間限制的這一特性，對(duì)于讀非全日制課程的學(xué)生有非常大的幫助，令他們無須到真正的實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)。這樣學(xué)生學(xué)習(xí)就可以不受地理環(huán)境、時(shí)間、年齡、職業(yè)的限制，可以根據(jù)各自的學(xué)習(xí)習(xí)慣靈活機(jī)動(dòng)地安排自己的學(xué)習(xí)時(shí)間。在需要的時(shí)候，任何人只要與Internet互連，就可在任何地方，機(jī)會(huì)均等地接受同樣的教育，接受網(wǎng)絡(luò)為他們提供的完整的知識(shí)信息和技能培訓(xùn)。