电子线路课程设计
设计题目：声光故障告诫器
引言：电子技术是20世纪发展最为迅速的领域之一。随着技术的发展，现在越
来越重视实践能力。电子线路课程设计成了通信专业等专业不可或缺的课程。进行电子线路课程设计与实践活动是电子线路理论联系实际的重要环节。对巩固和加深课堂教学效果，提高学生的实际技术技能，培养科学作风，为学习后续课程和以后从事实践技术工作奠定基础都具有重要作用。
设计要求：电子线路课程设计是通信工程专业学生重要实践课，是必修课。
经过查资料（比如电路分析、模拟电子技术、数字电子技术、高频电子线路等方面的材料）、选方案、总体设计、方案实现、撰写设计报告、分析实验结果，得到一次较全面的工程实践训练。理论联系实际，使在课本中学到的知识经过课程设计得到实际的应用，提高和培养创新能力，为毕业设计以及毕业后的学习工作打下坚实的基础。
成果简介：我设计的声光故障告器是针对故障能引起温度变化，此告诫器能
根据温度的变化判断系统是否正常工作，当系统温度高于17摄氏度时，则认为不正常，报警器发出报警声，同时报警灯不断闪烁，报告系统不正常。反之，当系统温度低于17摄氏度时，则被认为正常工作。
本系统是一个全自动的实时检测系统，当系统温度恢复正常时，报警信号自动消失，不用人为恢复，真正达到自动的目的。
实验原理与分析：
此次设计以可编程器件单片机为核心部件，通过外围扩展蜂鸣器，温度传感器和发光二极管构成的自动故障报警系统。通过单片机对外围元件进行控制，传送数据达到自动检测并报警的功能，下面具体分析它们的工作原理。 1.单片机控制部分
这次单片机主要是运用AT89S52型号的单片机，本身就是MCU（微控制处理单元），在这里我们利用它，对从温度传感器接收的温度数据进行接收，存储和判断，决定系统工作是否正常，若正常则继续接收从温度传感器传送来的数据，并进行判断，来实时检测系统是否正常；当系统不正常时，单片机芯片的控制温度传感器和发光二极管发送报警信息，并继续接收从温度传感器传送来的数据，并
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进行判断，来实时检测系统是否正常。
下面是编制好的下载到型号为AT89S52的单片机芯片中的源程序： ORG 0000H
TEMPER_L EQU 29H;用于保存读出温度的低8位 TEMPER_H EQU 28H;用于保存读出温度的高8位 LJMP MAIN ORG 0100H MAIN:
LCALL GET_TEMPER;调用读温度子程序 MOV A,29H SUBB A,#01H JC MAIN MOV A,28H SUBB A,#01H JC MAIN
BAOJING: CPL P0.7 MOV A,#00H MOV P2,A ACALL DELAY
MOV A,#0FFH
MOV P2,A ACALL DELAY1 AJMP MAIN
;;;;;;;;;;;;延时;;;;;;;;;;;;;;;;; DELAY: MOV R7,#02H D1: MOV R6,#0FFH D2: MOV R5,#0FFH DJNZ R5,$ DJNZ R6,D2
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DJNZ R7,D1 RET
DELAY1: MOV R7,#02H D3: MOV R6,#0FFH D4: MOV R5,#0FFH DJNZ R5,$ DJNZ R6,D4 DJNZ R7,D3 RET GET_TEMPER: SETB P0.0
LCALL INIT_1820;先复位DS18B20 AJMP TSS2
RET ; 判断DS1820是否存在?若DS18B20不存在则返回 TSS2:
CLR P0.6;DS18B20已经被检测到!!!!!!!!!!!!!!!!!! MOV A,#0CCH ; 跳过ROM匹配 LCALL WRITE_1820
MOV A,#44H ; 发出温度转换命令 LCALL WRITE_1820
LCALL INIT_1820;准备读温度前先复位 MOV A,#0CCH ; 跳过ROM匹配 LCALL WRITE_1820
MOV A,#0BEH ; 发出读温度命令 LCALL WRITE_1820
LCALL READ_18200; 将读出的温度数据保存到35H/36H RET
WRITE_1820:
MOV R2,#8;一共8位数据
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CLR C WR1: CLR P0.0 MOV R3,#6 DJNZ R3,$ RRC A MOV P0.0,C MOV R3,#23 DJNZ R3,$ SETB P0.0 NOP
DJNZ R2,WR1 SETB P0.0 RET INIT_1820: SETB P0.0 NOP CLR P0.0
;主机发出延时537微秒的复位低脉冲 MOV R1,#8 TSR1:MOV R0,#107 DJNZ R0,$ DJNZ R1,TSR1
SETB P0.0;然后拉高数据线 NOP NOP NOP
MOV R0,#25H TSR2:
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DJNZ R0,TSR2 TSR5:MOV R0,#117 TSR6:
DJNZ R0,TSR6 ; 时序要求延时一段时间 RET
READ_18200:
MOV R4,#2 ; 将温度高位和低位从DS18B20中读出
MOV R1,#29H ; 低位存入29H(TEMPER_L),高位存入28H(TEMPER_H) RE00:
MOV R2,#8;数据一共有8位 RE01: CLR C SETB P0.0 NOP NOP CLR P0.0 NOP NOP NOP SETB P0.0 MOV R3,#9 RE10: DJNZ R3,RE10 MOV C,P0.0 MOV R3,#23 RE20: DJNZ R3,RE20 RRC A DJNZ R2,RE01
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MOV @R1,A DEC R1 DJNZ R4,RE00 RET END
这其中没有需要特别精确控制时间的地方不再进行细述（需要精确进行控制时间的是温度传感器的操作时序，下文会提到），由于Protel中没有单片机等元件，在这里我用的是proteus设计软件中的isis流式设计程序设计的原理图，以下是工作的原理图：
图（1）工作原理图
2.温度传感器
DS18B20温度传感器是独特的一线接口，只需要一条口线通信 多点能力，简化了分布式温度传感应用 无需外部元件 可用数据总线供电，电压范围为3.0 V至5.5 V 无需备用电源 测量温度范围为-55 ° C至+125 ℃ 。华氏相当于是-67 ° F到257华氏度 -10 ° C至+85 ° C范围内精度为±0.5 ° C
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温度传感器可编程的分辨率为9~12位 温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒 用户可定义的非易失性温度报警设置 应用范围包括恒温控制，工业系统，消费电子产品温度计，或任何热敏感系统 DS18B20的测温原理
DS18B20的测温原理如图（2）所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55 ℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在 -55 ℃ 所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图2中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理。
另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。 .DS18B20简介
（1）独特的单线接口方式：DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。
（2）在使用中不需要任何外围元件。
（3）可用数据线供电，电压范围：+3.0~ +5.5 V。
（4）测温范围：-55 ~+125 ℃。固有测温分辨率为0.5 ℃。 （5）通过编程可实现9~12位的数字读数方式。
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（6）用户可自设定非易失性的报警上下限值。
（7）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。
（8）负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。
图（2）DS18B20的测温工作流程
.DS18B20与单片机的典型接口设计
以51系列单片机为例，P1 1口接单线总线为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管和89C51的P1 0来完成对总线的上拉当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D变换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10 μs。采用寄生电源供电方式是VDD和GND端均接地。由于单线制只有一根线，因此发送接收口必须是三态的。主机控制DS18B20完成温度转换必须经过3个步骤：初始化、ROM操作指令、存储器操作指令。 .DS18B20的精确延时问题
虽然DS18B20有诸多优点，但使用起来并非易事，由于采用单总线数据传输
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方式，DS18B20的数据I/O均由同一条线完成。因此，对读写的操作时序要求严格。为保证DS18B20的严格I/O时序，需要做较精确的延时。在DS18B20操作中，用到的延时有15 μs，90 μs，270 μs，540 μs等。因这些延时均为15 μs的整数倍，因此可编写一个DELAY15（n）函数。
只要用该函数进行大约15 μs×N的延时即可。有了比较精确的延时保证，就可以对DS18B20进行读写操作、温度转换及显示等操作。 3.蜂鸣器
蜂鸣器的发声原理是电流通过电磁线圈，是电磁线圈产生磁场来驱动震动膜发声的，因此需要一定的电流才能驱动它，单片机IO引脚输出的电流较小，单片机输出的TTL电平基本上驱动不了蜂鸣器，因此需要增加一个电流放大的电路。本单片机实验板通过一个三极管9015来放大驱动蜂鸣器。
蜂鸣器的正极接到VCC(+5)电源上面，蜂鸣器的负极接到三极管的发射机E，三极管的基极B经过限流电阻后由单片机的P0.7输出低电平时，三极管疏通，这样的蜂鸣器的电流形成回路，发出声音。因此，我们可以通过程序控制P0.7脚的电平来使蜂鸣器发出声音和关闭。
程序中改变单片机P0.7引脚输出波形的频率，就可以调整控制蜂鸣器音调，产生各种不同音色，音调的声音。另外，改变P0.7输出电平的高低电平占空比，则可以控制蜂鸣器的声音大小，这些我们就可以编程实验来验证。
蜂鸣器的原理图如下：
209015PNPRES2VCCP0.72.2kRES2GNDBEER 图3 蜂鸣器工作原理图
4.发光二极管
BUZZER
它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二
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极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。
元件参数列表如下：
名称 元件参数列表 型号 AT89S52 DS18B20 LS1 PNP 9015 R1 R2 R3 参数 温度范围：-55℃--125℃ 1KΩ 20Ω 2KΩ
单片机 传感器 蜂鸣器 三极管 电阻 仿真调试：
在这里我们没有用电脑的模拟仿真，而是利用单片机学习板进行的在线仿真。 刚开始的时候，遇到的问题就是发光二极管的闪烁问题，我们知道人的眼睛有视觉暂留现象，如果发光的延迟时间设计不当，则只能看到二极管亮，而不能看到闪烁，经过反复的实验，确定的延时程序如下:
;;;;;;;;;;;;延时;;;;;;;;;;;;;;;;;
DELAY: MOV R7,#02H ;执行1个机器周期 D1: MOV R6,#0FFH ;执行1个机器周期 D2: MOV R5,#0FFH ;执行1个机器周期
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DJNZ R5,$ ;执行2个机器周期 DJNZ R6,D2 ;执行2个机器周期
DJNZ R7,D1 ;执行2个机器周期
RET ;执行2个机器周期 计算出来的精确时间为：
1+2+2*{[(1+2*255)+2]*255+2}=261637us=0.261637s
我们最终确定的延迟时间为0.261637s，结果效果就出来了。另外一个需要精确控制运行时间的便是温度传感器的时序，采用单总线数据传输方式，DS18B20的数据I/O均由同一条线完成。因此，对读写的操作时序要求严格。为保证DS18B20的严格I/O时序，需要做较精确的延时。在DS18B20操作中，用到的延时有15 μs，90 μs，270 μs，540 μs等。因这些延时均为15 μs的整数倍。下面是我对DS18B20蜂鸣器写操作时序的编程：
WRITE_1820:
MOV R2,#8;一共8位数据 CLR C WR1:
CLR P0.0 MOV R3,#6 DJNZ R3,$ RRC A
MOV P0.0,C
MOV R3,#23 ；以下三行是给每一位留的在管脚P0.0上的延迟时间 DJNZ R3,$ SETB P0.0 NOP
DJNZ R2,WR1 SETB P0.0 RET
从以上可计算出每一位的总操作时间为：1+1+2*6+1+2+1+23*2+1+1+2=58us 近似为15us的整数倍；
每一位在管脚上的延迟时间为：2*23=46us，近似为15us的3倍，
这说明我的时序设计是符合要求的，在线调试时也证明我的设计是正确的。
参考文献:
1.《ATMEL新型AT89S52系列单片机及其应用》 2.《电子技术基础》（模拟部分） 3.《 数字电子技术基础》
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4. 《单片机原理与接口技术》 北京邮电大学出版社 5. 《盛方单片机讲义》 高军
心得与收获
通过以上的实验过程，我的设计得到了较理想的结果，但美中不足的是对温度传感器的设计掌握的不是很好。
在学习模电 数电 高频等专业的知识，并未真正地去应用和实践。由于平常看了一些电子技术方面的书，平时已经掌握了一定的基础，动手能力也还可以。但是经过这次课程设计，我接触到了更多平时没有接触到的仪器设备、元器件以及相关的使用调试经验，发现了自己很多不足之处。我还体会到了所学理论知识的重要性：知识掌握得越多，设计得就更全面、更顺利、更好。
了解要进行一项课程设计所必不可少的几个阶段。课程设计能够从理论设计和工程实践相结合、巩固基础知识与培养创新意识相结合、个人作用和集体协作相结合等方面全面的培养学生的全面素质。我经过这次系统的课程设计，熟悉了对一项课题进行研究、设计和实验的详细过程。这些在我将来的工作和学习当中都会有很大的帮助。
在进行设计中在网上查阅很多资料，查看了关于这方面的介绍以及相关的大量的资料，为自己的设计奠定了基础，。一个人不可能什么都学过，什么都懂，因此，当你在设计过程中需要用一些不曾学过的东西时，就要去有针对性地查找资料，然后加以吸收利用，以提高自己的应用能力，而且还能增长自己见识，补充最新的专业知识。实践能力得到了进一步提高，在调试过程中积累了一些经验。 课程设计对以前学过的理论知识起到了回顾作用，并对其加以进一步的消化和巩固。课程设计培养了严肃认真和实事求是的科学态度。而且培养了吃苦耐劳的精神以及相对应的工程意识，同学之间的友谊互助也充分的在课程设计当中体现出来了。
在这里，我要感谢我这组的同学，因为在我们这组中我们互相帮助，最终完成了这次课程设计。
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