火车轴承的温度检测系统研究

1、武汉科技大学高职生毕业设计(论文)摘 要随着铁路系统的现代化及自动化水平的迅速提高，火车车辆的提速、重载及运行时长无疑对国民经济的快速发展发挥着重要的促进作用。 但是由于火车车辆轴承的不正常发热,轻则热轴固死造成机破，影响火车的正常运转，重则造成热切轴，车毁人亡，严重影响铁路运输安全，对国家造成巨大的经济损失。为此需要研制开发出一种能及时、可靠、准确的对火车轴温进行监侧的报警装置，确保火车车辆的安全运行。在这种情况下，提出了研究开发新型的火车轴温报警装置，使其功能、性能更加完善，在铁路安全运行中发挥重要的作用。本论文主要阐述了基于STC89C51单片机关于火车轴承的温度检测系统设计原理、主要电

2、路设计及软件设计等。该系统采用STC89C51单片机作为控制器，DS18B20作为温度传感器. 主要目的是能够及时、可靠、准确地检测火车轴箱fag轴承、牵引电机fag轴承及提速车的轮对空心轴fag轴承(抱fag轴承)的温度变化情况.发现超温需要及时报警，提醒司机停车检修，确保安全。关键词 STC89C51；火车轴承；温度检测; DS18B20ABSTRACTWith the modernization of the railway system and the rapid increase in the level of automation, the speed of the train v

3、ehicles, heavy-duty and long run undoubtedly the rapid development of the national economy plays an important role in promoting. However, due to the abnormally hot train vehicle bearing, ranging from hot-axis solid death caused by machine broken, affecting the normal operation of the train, it cause

4、d heavy damage eagerly axis, car crash, seriously affect the safety of railway transportation, the country causing huge economic losses . To this end developed a timely, reliable and accurate monitoring side of the train Hotbox alarm device, ensure the safe operation of the train vehicles. In this c

5、ase, the research and development of new the train Hotbox alarm apparatus, its function and performance is more perfect, play an important role in the safe operation of the railway. This paper mainly elaborates STC89C51 microcontroller on the train bearing temperature detection system design princip

6、les, circuit design and software design. The system uses SCM STC89C51 as a controller the DS18B20 as a temperature sensor. Main purpose is timely, reliable and accurate detection of train axle box fag bearings, traction motor the fag bearing and speed car wheel the hollow shaft fag bearing (hold fag

7、 bearing)temperature changes over-temperature alarm to remind drivers to shut down for maintenance, to ensure safety.Keywords：STC89C51; train bearings; temperature detection; DS18B20目录摘 要IABSTRACTII第一章 绪论11.1 选题背景11.2 轴温检测技术的发展现状11.3 研究的目的和意义21.4 本文主要工作2第二章 温度检测系统的总体设计32.1 系统特点32.2 系统总体结构设计32.2.1 数据

8、采集系统32.2.2 单片机的E2ROM存储器42.2.3 键盘显示系统42.2.4 报警电路42.2.5 看门狗电路及E2ROM4第三章 硬件设计53.1 微处理器53.1.1 51单片机的主要特性53.1.2 STC89C51的引脚具体介绍53.1.3 STC89C51的最小系统73.2 温度测量电路的实现73.2.1 温度传感器的选择73.2.2 DS18B20温度传感器83.2.3 温度采集电路93.2.4 键盘显示电路103.2.5 看门狗报警电路19第四章 软件设计及编程224.1 主程序的设计224.2 子程序设计224.2.1 显示子程序224.2.2 键盘输入子程序234.2

9、.3 E2PROM、看门狗子程序244.2.4 超温报警子程序25设计总结27参考文献28致 谢29附 录：3041第一章 绪论1.1 选题背景高速行驶的列车在行驶过程中常因列车车轴温度过高而造成机车破损、机车故障，甚至造成重大的列车出轨事故，为了避免出现这样的行车事故，国家在铁路沿线都设有机车检修所，大量的铁路工人以手工的办法来检测机车车轴的状态，但随着中国铁路的不断提速，机车技术的不断更新，传统的检测办法早已不能满足铁路运输的安全需求。随着智能温度微机检测系统不断发展，机车轴温检测也走进了高效率的时代。以智能温度传感器DS18B20 为代表的新型单总线数字式温度传感器集温度测量和A/D 转

10、换于一体，直接输出数字量，对温度进行测量又能设定所需要控制的温度，并对温度值能把温度值由二进制转化为十进制。多个DS18B20 可以并联在惟一的三在线，实现多点检测。所以多个DS18B20 对温度进行检测，具有准确性高，控制方便，灵活简单。基于以上优点本系统采用智能温度传感器DS18B20 进行多点测温，将测得的温度值用数字信号传送到单片机，由单片机进行数据的处理，进行实时检测与显示，并且可以采用单片机对温度进行控制。1.2 轴温检测技术的发展现状1. 红外轴温探测系统 红外探测方式是铁路轴温检测系统主要采用的技术，红外线探头按照一定的距离间隔被安装在铁路沿线并对经过的列车车轴温度进行检测，但

11、这种检测方式，探头暴露在外比较容易被破坏，需要大量的检测人员对红外探头进行维护。并且列车只有在经过安装了此种装置的线路才能被检测，不能保证永远在线检测。2. 车载轴温探测系统车载探测装置主要用于轴温探测及警报系统。该系统同时安装了温度和振动传感器，能同时对车轴的振动频率及温度进行探测，组合传感器体积小，被组装在轴箱轴承的密封系统中，检测精度高。与其它的检测方式相比，车载探测系统直接安装在机车上，系统结构紧凑、体积小、安装方便，可以免除外界干扰。同时，地面设备及相关维护人员的人力投资可以免除，有效的减少了设备维护成本。3. 轴承故障声学诊断系统该装置应用类似于麦克风的探头对通过列车运行声响频率进

12、行采集分析，从中发现轴承的早期故障。美国TTCI 公司开发的声学探测系统(TADS)，加入了神经网络理论，诊断准确率高，同时TTCI 还开发了基于互联网的数据库管理系统InteRRISTM，用来接收所有道旁探测系统的数据。这种方式同红外热轴探测系统存在同样的缺点，探头容易遭到外界的破坏，需要大量的工作人员对麦克风探头进行维护，成本高，不能保证永远在线检测。4. 便携式检测装置便携式检测装置除具有常规的红外线轴温探测器外，一般还具有超声波探伤和磁粉探伤功能，并且还针对车轮热损伤，加入了残余应力检测装置，X 射线衍射技术，用来测量车轮的残余应力。这些技术的应用，极大的丰富了便线衍射技术，用来测量车

13、轮的残余应力。这些技术的应用，极大的丰富了便携式检测装置的功能，进一步提高了该类装置的可靠性，便携式检测装置也是保证列车行车安全不可或缺的方式。5. 智能传感器温度检测系统系统由一个单片机电路和多个DS18B20 数字传感器构成, 结构简单, 功耗较低, 测量范围为- 55 +125。若所测温度超出设定范围, 单片机上的器件就会自动报警，能实时对机车温度进行采集和监控，无需大量的检测人员，维修成本低.1.3 研究的目的和意义本文的研究目的在于设计出机车车轴温度检测及高温预警系统，通过采集机车轴箱、抱轴等处轴承的温度信号，依靠功能强大的单片机和智能传感器组成的微型计算机系统，对采集到的温度信号进

14、行及时的分析处理,以便能及时、可靠、准确的对机车轴温进行监测报警，确保机车车辆的安全运行。1.4 本文主要工作(1) DS18B20 数字温度传感器等硬件的选取 (2) 系统原理结构的设计(3) 轴承温度的采集 (4) 键盘显示（LED）电路设计及软件设计与编程。(5) 看门狗报警电路设计及软件设计与编程。第二章 温度检测系统的总体设计2.1 系统特点本系统实时地对温度信号进行采集，并送单片机处理，处理结果送LED显示。该系统还可以将采集到的值与报警值比较，若超出报警值，则发出声光报警。本系统有如下特点：1.采用数字式温度传感器，与单片机接口简单，采集到的数据准确可靠。2实现4路温度检测，由于

15、采用单总线温度传感器，扩展容易，只要将器件挂接在单总线上即可。3. EEPROM保存键盘输入参数，系统掉电后保存的参数不会丢失。2.2 系统总体结构设计该系统由数据采集电路，键盘显示电路及E2PROM组成。主控机采用AT89C51单片机，完成对4个测温点温度信号的采集、显示。系统结构框图如图2.2所示。图2.2 系统结构框图2.2.1 数据采集系统本系统采用数字式温度传感器DS18B20完成对4个测温点温度的数据采集。DS18B20可以把温度信号直接转换为数字量，而无须A/D转换器与数据调理电路，既简化电路，又提高电路的可靠性。采用单总线原理，易于电路扩展，只需在相应单总线上继续挂接器件即可，

16、是现代集成式温度传感器的首选器件。2.2.2 单片机的E2ROM存储器单片机的E2ROM存储器本电路采用Xicor公司的X25045芯片。X25045是可编程看门狗监控E2ROM，它把看门狗电路、电压监控和E2ROM组合在一起，降低了系统成本并减少了对电路板空间的要求。此芯片实时检测单片机，使其正常工作。一旦单片机因干扰而程序走失，可通过复位电路使单片机复位，保证系统可靠运行。该芯片还含有内部512字节的E2ROM，可存储键盘输入的温度报警值以及数字式温度传感器DS18B20的序列号，保证掉电时不丢失信息，因而不必每次开机时重新写入这些数据。X25045还具有允许简单的三线总线工作的串行外设接

17、口和软件协议。2.2.3 键盘显示系统本系统采用HD7279完成数据输入与数据显示。HD7279是一片具有串行接口的，可同时驱动8位共阴式数码管的智能显示驱动芯片，该芯片同时能对多达8×8的键盘矩阵的按键情况进行监视，具有自动消除键抖动并识别按键代码的功能，从而可以提高CPU工作的效率。HD7279和微处理器之间采用串行接口，其接口电路和外围电路简单，占用口线少，具有较高的性能价格比。2.2.4 报警电路本电路完成系统报警功能，即在温度超出报警值时，发光二极管灯亮，蜂鸣器响，显示报警状态。2.2.5 看门狗电路及E2ROM看门狗电路及E2ROM本电路采用Xicor公司的X25045芯

18、片。X25045是可编程看门狗监控E2ROM，它把看门狗电路、电压监控和E2ROM组合在一起，降低了系统成本并减少了对电路板空间的要求。此芯片实时检测单片机，使其正常工作。一旦单片机因干扰而程序走失，可通过复位电路使单片机复位，保证系统可靠运行。该芯片还含有内部512字节的E2ROM，可存储键盘输入的温度报警值以及数字式温度传感器DS18B20的序列号，保证掉电时不丢失信息，因而不必每次开机时重新写入这些数据。X25045还具有允许简单的三线总线工作的串行外设接口和软件协议。第三章 硬件设计本温度控制系统使用STC89C51作为控制器，用DS18B20实现对温度测测量，并采用HD7279A将采

19、集的的数据显示。现将系统硬件设计表述如下。3.1 微处理器微处理器是控制系统的核心部件。具有控制功能强，体积小，功耗小等一系列的优点，它在工业控制、智能仪表、节能技术改造、通讯系统、信号处理及家用电器产品中都得到了广泛的应用。本设计采用STC89C51作为微处理器。3.1.1 51单片机的主要特性51单片机的主要特性如表3.1.1所示。表3.1.1 STC89C51主要特性表主要功能特性兼容MCS51指令系统8K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断

20、源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能3.1.2 STC89C51的引脚具体介绍STC89C51系列单片机是宏晶科技推出的新一代高速低功耗超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机。STC89C51单片机的外形结构为40引脚双列直插式封装，其外部管脚如图3.1.2所示。图3.1.2 STC89C51外部引脚图STC89C51的引脚含义具体介绍如下：1. 主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源 GND(Pin20)：接地线2. 外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路

21、的输出端3. 控制引脚（4根）RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。4. 可编程输入/输出引脚（32根）STC89C51单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。PO口（Pin39Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位准双向I/O

22、口线，名称为P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.73.1.3 STC89C51的最小系统单片机最小系统是是单片机可以工作的最小单元，包括电源、地、复位电路和晶振电路。在此基础上可扩展外围电路。STC89C51的最小系统如图3.1.3所示。图3.1.3 STC89C51的最小系统3.2 温度测量电路的实现测温模块采用数字温度传感器DS18B20，它能代替模拟温度传感器和信号处理电路，直接与单片机沟通，完成温度采集和数据处理。DS18B20与AT89C51结合实现最

23、简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。3.2.1 温度传感器的选择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温度传感器当仁不让。超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得DS18B20更受欢迎。我们选择DS18B20作为温度传感器。3.2.2 DS18B20温度传感器DS18B20具有独特的单总线接口方式，仅需使用1个端口就能实现与单片机的双向通讯。全数字温度转换及输出提高了信号抗干扰能力和温度测量精度。它具有多样封装形式，适应不同硬件系统。它的工作电压

24、使用范围宽(3055 V)，可以采用外部供电方式，也可以采用寄生电源方式，即当总线DQ为高电平时，窃取信号能量给DS18B20供电。它还有负压特性，电源极性接反时，DS18B20不会因接错线而烧毁，但不能正常工作。可以通过编程实现912位的温度转换精度设置。DS18B20采用3脚TO-92封装，形如三极管，同时也有8脚SOIC封装，还有6脚的TSOC封装，如图3.2.2所示。图3.2.2 DS18B20的封装其测温范围为55+125，在-1085范围内，精度为±05。每一个DS18B20芯片的ROM中存放了一个64位ID号：前8位是产品类型编号，随后48位是该器件的自身序号，最后8位

25、是前面56位的循环冗余校验码。因此，一条总线上可以同时挂接多个DS18B20，实现多点测温系统。另外用户还可根据实际情况设定非易失性温度报警上下限值TH和TL。DS18B20检测到温度值经转换为数字量后，自动存入存储器中，并与设定值TH或TL进行比较，当测量温度超出给定范围时，就输出报警信号，并自动识别是高温超限还是低温超限。DS18B20的6个功能指令：（1）温度转换指令（44H）。这个命令用于启动温度转换，无实质的数据要求。如果微控制器在该命令之后输出读操作命令，那么DS18B20将使DQ端为低电平，表示DS18B20正忙于温度转换，不能响应该命令。（2）写便笺式存储器（4EH）。写便笺式

26、存储器从TH存储单元开始，三个字节的数据将被定位在2到4号便笺式存储器单元。所有的三个字节必须在复位钳写入便笺式存储器。（3）读便笺式存储器（BEH）。该指令读取便笺式存储器的内容，读出的数据将从Byte0（存储器的0号单元）开始直到第9字节（CRC校验字）被读走。但如果不想读完所有字节，微控制器可以再任何时候输出复位信号中断其传输。（4）复制便笺式存储器指令（48H）。把2、3、4号存储单元的内容存储到非易失性SRAM中去。复制期间，如果有读指令，DS18B20将把DQ置为低电平，直到转换结束，把DQ置为高电平。（5）回读SRAM（B8H）。将存储在SRAM中的温度报警上下限、分别率配置的内

27、容写回相应的便笺式存储器。（6）读电源配置结构指令（B4H）。主控制设备发出该指令后在输出读时序，器件即会送出所使用的电源信息：0为寄生电源，1为外接电源。DS18B20的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。在进行DS18B20操作时一般有以下步骤：（1）初始化DS18B20。（2）ROM指令操作。（3）便笺式存储器功能指令操作。（4）处理或数据传送。每一次DS18B20的操作都必须满足以上步骤，若是缺少或顺序混乱，期间将不会返回值。3.2.3 温度采集电路采用DS18B20数字温度传感器测量温度， DS

28、18B20与单片机是单线双向通信。其连接电路如图3.2.3所示。图3.2.3 DS18B20的测温电路（DQ端接51的P2.7）3.2.4 键盘显示电路§1. 概述键盘实质上是一组按键开关的集合。通常按键所用开关为机械弹性开关，均利用了机械触点的断合作用。键的闭合与否，反映在电压上就是呈高电平或低点平。如果高电平表示断开的话，那么低电平则表示闭合。所以通过电平的高低状态的检测，便可确定健的闭合与否。按键按连接方式可分为独立式按键和矩阵式按键。独立式按键就是各按键相互独立，每个按键各接一根输入线，一根输入线上的按键的工作状态不会影响另一根。因此，通过检测输入线上的电平状态就可以很容易判

29、断哪个健按下。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单。但每个键都需要一根输入线相连，故这种按键一般用在按键较少而速度较高的场合。矩阵式键盘运用于按键较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行线和列线的交叉点上。很明显，在按键较多的场合，矩阵式键盘与独立式键盘相比，要节省好多的I/O口。LED显示器是由发光二极管显示字段组成的显示器，有共阴极和共阳极之分。共阴极LED各发光二极管阴极连在一起，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。LED显示器包含两种显示方式：静态显示方式和动态显示方式。静态显示器的亮度较高，而动态显示方显示亮度相对较低，且软件实现要比静态显示复杂。我们

30、采用显示与键盘操作控制芯片HD7279A与STC89C51单片机进行串行通讯并通过相应的程控实现了这部分的功能。其相对于常用的Intel8279可编程键盘、显示接口芯片来讲，具有以下特点：·数据传输采用串行方式，可以少占用CPU的I/O口线·可以直接驱动LED，减少硬件的开销·具有段寻址指令，可方便独立控制LED·自身带有定时电路，外加定时元件可完成对键盘和现实的扫描§2. HD7279A的结构及特点HD7279A是一片具有串行接口的，可同时驱动8位共阴式数码管(或64只独立LED)的智能显示驱动芯片，该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵，单

31、片即可完成LED显示、键盘接口的全部功能。其内部含有译码器，可直接接受BCD码或16进制码，并同时具有2种译码方式，此外，还具有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。HD7279A还具有片选信号，可方便地实现多于8位的显示或多于64键的键盘接口。HD7279A可以应用于仪器仪表，工业控制，条形显示器，控制面板。1典型应用 仪器仪表，工业控制器，条形显示器，控制面板等。 2特点·串行接口，无需外围组件可直接驱动LED·各位独立控制译码不译码及消隐和闪烁属性·(循环)左移(循环)右移指令·具有段寻址指令，方便控制独立的LED·键盘控制器

32、，内含去抖动电路3HD7279A引脚图如图32所示4引脚说明如表3.2.1所示。5工作原理HD7279A采用串行方式与微处理器进行通讯，串行数据从DATA引脚送入芯片，并由CLK同步。当片选信号变为低电平后，DATA引脚上的数据在CLK引脚的上升沿被写入HD7279A的缓冲寄存器。表3.2.1 引脚说明引脚名称说明1，2VDD正电源3，5NC无连接，必须悬空4VSS接地6CS片选输入端，此引脚为低电平时，可向芯片发送指令及读取键盘数据7CLK同步时钟输入端，向芯片发送数据及读取键盘数据时，此引脚电平上升沿表示数据有效8DATA串行数据输入/输出端，当芯片接收指令时，此引脚为输入端；当读取键盘数

33、据时，此引脚在读指令最后一个时钟的下降沿变为输出端9KEY按键输出有效端，平时为高电平，当检测到有效按键时，此引脚变为低电平10-16SG-SA段g段a驱动输出17DP小数点驱动输出18-25DIG0-DIG7数字0数字7驱动输出26CLKO振荡输出端27RCRC振荡器连接端28RESET复位端HD7279A对数码管的显示及键盘操作的控制是通过由单片机向该芯片发送或接收来自该芯片的串行数据来实现的。其中LED的显示采用循环扫描方式。6控制指令HD7279A指令系统由6条纯指令、7条带数据指令和1条读键盘指令组成。6条纯指令如表3.2.2所示。表3.2.2 纯指令表 纯指令指令代码 功 能复位指

34、令A4H清除所有显示，包括字符消隐属性和闪烁属性测试指令BFH将所有的LED点亮并闪烁，主要用于测试左移指令A1H将所有的显示左移1位，移位后，最右位空（无显示），不改变消隐和闪烁属性右移指令A0H与左移指令相似,但所做移动为自左向右,移动后,最左边一位为空循环左移指令A3H将所有的显示循环左移1位。移位元后，最左位内容移至最右位，不改变消隐和闪烁属性循环右移指令A2H与循环左移指令相似，只是方向相反 （2）7条带数据指令为： 按方式0译码下载指令D7D6D5D4D3D2D1D0100 0 0 a2 a1 a0D7D6D5D4D3D2D1D0DPXXXd3d2d1d0命令由两个字节组成，前半部

35、分为指令，其中a2 ，a1， a0为位地址，具体分配如下：a2a1a0显示位00000011010201131004101511061117d0-d3为数据，收到此指令时，HD7279A按以下规则译码（方式0），如表3.2.3所示。表3.2.3 方式0译码规则d3-d0d3d2d1d07断显示00H0000001H0001102H0010203H0011304H0100405H0101506H0110607H0111708H1000809H100190AH1010-0BH1011E0CH1100H0DH1101L0EH1110P0FH1111空(无显示)X表示无影响，其中DP为小数点控制位元，

36、DP=1，小数点显示；DP=0，小数点熄灭。 按方式1译码下载指令 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 1 0 0 1 a2 a1 a0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 DP X X X d3 d2 d1 d0此指令与上一条指令基本相同，所不同的只是译码方式，如表3.2.4所示。 不译码下载指令 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 0 0 1 0 a2 a1 a0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 DP A B C D E F G表3.2.4 方式1译码规则d3-d0d3d2d1d07断显示00H0000001H0001102H00

37、10203H0011304H0100405H0101506H0110607H0111708H1000809H100190AH1010A0BH1011B0CH1100C0DH1101D0EH1110E0FH1111F其中a2 ，a1， a0仍为位地址，第2字节仍为显示内容，分别代表小数点和LED显示器的7段，相应位为1时，该段点亮；为0时，该段熄灭。 闪烁控制指令 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 0 0 0 1 0 0 0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 d8 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1该指令规定了每个数码管的闪烁属性。d8-d1分别对应第1到第

38、8个数码管，该位为1不闪烁；该位为0闪烁。缺省状态为所有数码管均不闪烁。 消隐控制指令 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 0 0 1 1 0 0 0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 d8 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1该指令规定了每个数码管的消隐属性。d1d8分别对应第1到第8个数码管，该位为1显示；该位为0消隐。当某一位被赋予了消隐属性后，HD7279A在扫描时将跳过该位，因此在这种情况下，无论对该位写入何值，均不会被显示，但写入的值将被保留，在将该位重新设为显示状态的时候，将不用的位设为消隐属性，可以提高显示的亮度。应该注意的是至少要有1位保持显

39、示状态，如果全部消隐则该命令无效。 段点亮指令 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 1 1 0 0 0 0 0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 X X d5 d4 d3 d2 d1 d0该指令的作用是点亮某个LED数码管中的某一段或64个LED发光管中的某一个，d0 d5的范围是00H3FH。 具体分配为：第一个数码管的G段地址位00H，F段为01H，A段为06H，小数点DP为07H，第2个数码管的G段为08H，F段为09H，依此类推直至第8个数码管的小数点DP地址为3FH。 段关闭指令D7D6D5D4D3D2D1D0 1 1 0 0 0 0 0 0D7D6D5

40、D4D3D2D1D0 X X d5 d4 d3 d2 d1 d0 该指令的作用是关闭某个数码管中的某一段，其对应关系同段点亮指令。 读取键盘指令 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 0 0 1 0 1 0 1D7D6D5D4D3D2D1D0d7d6d5d4d3d2d1d0该指令的作用是读取当前的键盘代码。与其它带数据的指令不同，它的前1个字节为微控制器传送到HD7279A的指令，它的第2个字节不是写入HD7279A的数据，而是从HD7279A读回的按键代码，其范围是00H3FH。7时序HD7279A的指令结构由三种类型： 不带数据的纯指令，带有数据的指令，读取键盘数据指令。 （

41、1）纯指令时序微处理器发出8个CLK脉冲，向HD7279A传送8位元指令。DATA引脚为高阻状态，如图3.2.4所示。图3.2.4纯指令时序图 （2）带数据指令时序微处理器发出16个CLK脉冲，前8个向HD7279A传送8位元指令；后8个向HD7279A传送8位资料。DATA引脚为高阻状态，如图3.2.5所示。读键盘指令时序微处理器发出16个CLK脉冲，前8个向HD7279A传送8位元指令， DATA引脚为高阻状态；后8个由HD7279A向微处理器返回8位按键代码，DATA引脚为输出状态。在最后1个CLK脉冲的下降沿DATA引脚恢复高阻状态，如图3.2.6所示。图3.2.5 带数据指令时序图图

42、3.2.6 读键盘指令时序图 8键盘 键盘部分所要实现的功能是：键入相应的参数，并将键入的参数显示于LED显示器，然后将此资料存储于单片机内相应的存储单元，如图37所示对应于图3.2.7，各键功能介绍如表3.5所示。设定(S0)+1(S2)运 行 (S1)-1(S3)左移(S4)右移(S5)图3.2.7 键盘设置外形图表3.5 键盘功能表键盘功能S0(设定)当数码管1处在闪烁状态，等待键入设定值S1(运行)使当前所输入的数值得到单片机的确认S2(加1)使当前显示位显示的数值加1S3(减1)使当前显示位显示的数值减1S4(左移)使当前显示位左移一位S5(右移)使当前显示位右移一位3.2.5 看门

43、狗报警电路本部分针对广泛采用的MCS-51系列单片机,运用Xicor公司的X25045芯片,构成功能较完善的控制单元。Xicor公司最新研制生产的X25045芯片可以较好地和较简单地解决这个难题,该芯片将微机测控系统中常用的功能:看门狗定时器、电源电压监控、上电复位、串行E2PROM集成在一块8只引脚的集成芯片内。这种组合大大减少了对电路板的空间要求,简化了硬件设计,提高了系统的可靠性,降低了成本和功耗。X25045与单片机的数据传输采用串行同步方式,占用单片机软件资源少,不需再外加电路即可与单片机协调工作。因此我们在设计中采用此芯片。 看门狗定时器对微控制器提供了独立的保护系统。当系统故障时

44、,在可选的超时周朗(timeout interval)之后,X25045看门狗将以RESET信号作出响应。用户可从三个预置的值中选择此周期。一旦选定,即使在电源周期变化之后,此周期也不改变。 利用X25045低Vcc检测电路,可以保护系统使之免受低电压状况的影响。当Vcc降到最小Vcc转换点以下时,系统复位。复位一直确保到Vcc返回且稳定为止。 X25045的存贮器部分是CMOS的4096位串行E2PROM,它在内部按5l2×8来组织。X25045的特点是具有允许简单的三线总线工作的串行外设接口(Serial Perpheral Interface,SPI)和软件协议。X25045利

45、用了Xicor公司专有的Diect WriteTM晶片,提供最小为l00.000周朋/字节的使用期限(endurance)和最小为l00年的数据保存期。§1. X25045的结构及特点 (1) 特点·可编程的看门狗定时器·低Vcc检测·直至Vcc=lV复位信号有效·lMHz时钟速率·5l2×8位串行E2PROM 4字节页方式·低功耗CMOSl0A备用电流3mA工作电流·2.7V至5.5V电源电压·块锁定(BlockLockTM)保护l/4,l/2或所有E2PROM阵列·内建偶然性的(I

46、nadvertent)写保护 上电/掉电保护电路 写锁存 写保护引脚·高可靠性 使用期限：100，000周期/字节 数据保存期：100年 ESD保护：所有引脚2000v·8引脚小型DIP封装，8引脚SOIC封装·X25045=RESET高有效(2) 引脚排列图3.2.8 X25045管脚图(3) 引脚说明见表3.6。串行输出(SO): SO是推挽串行数据输出引脚。在读周期内,数据在此引脚上移出,数据由串行时钟的下降沿同步输出。串行输入(SI):SI是串行数据输入引脚。所有操作码,字节地址以及写入存贮器的数据在此引脚上输入。数据由串行时钟的上升沿锁存。串行时钟(SC

47、K):串行时钟控制用于数据输入和输出的串行总线定时。操作码,地址或出现在SI引脚上的数据在时钟输入的上升沿锁存,而SO引脚上的数据在时钟输入的下降沿之后发生改变。表3.6引脚说明 符 号 说 明 CS芯片选择输入 SO串行输出 SI串行输入 SCK串行时钟输入 WP写保护输入 VSS地 VCC电源电压 RESET/RESET复位输出 芯片选择(CS):当CS为高电平时,X25045不被选择,SO输出引脚处于高阻状态,除非内部写操作正在进行,否则X25045将处于备用电源方式(standby power mode)。CS为低电平使X25045能工作,把它置于工作电源方式(active power

48、 mode)。应当注意,在上电之后,在任何操作开始之前需要CS从高电平至低电平的跳变。 写保护(WP):当WP为低电平时。向X25045的非易失性写操作被禁止,但是器件的其它功能仍正常。当WP保持高电平时。所有的功能,包括非易失性写操作都正常。在CS仍为低电平时, WP变为低电平将中断对X25045的写操作。如果内部写周期已经开始, WP变为低电平将不影响写操作。 复位(RESET):X25045的RESET是低电平有效,漏极开路的输出端,只要VCC下降至低于最小VCC检测电平,RESET便变为低电平。它将保持低电平直至Vcc上升到最小Vcc检测电平200ms为止。如果允许看门狗定时器工作且C

49、S保恃高电平或低电平的时间长于看门狗超时周期。那么RESET也变为低电平。CS的下降沿将复位看门狗定时器。 X25045应用到MCS-51单片机系列中,可大大提高单片机系统的工作可靠性和稳定性,且体积小、成本较低、功能强等特点可广泛用于MCS-51系列单片机组成的系统之中。同时,它的E2PROM阵列也是许多单片机应用场合所需的非易失RAM。X25045代表了新一代串行E2PROM的发展趋势,是可编程看门狗定时器、微处理器监控电路和非易失性串行E2PROM的完美组合,它的运用极大地节省了系统的空间和资源,同时简化了电路设计,缩短产品开发周期,在便携式仪器仪表和低功耗器件中有很广泛的应用前景。第四

50、章 软件设计及编程系统的软件设计包括两部分：一部分是主程序的设计，它是由系统初始化程序及调用各个功能模块程序的语句组成；另一部分是子程序的设计，包括温度传感器的读写子程序、超温报警子程序、各种设置子程序、键值以及显示子程序等等。4.1 主程序的设计软件主程序主要功能是对各种变量的定义，调用各个子程序并把各个子程序组合起来，完成整个程序要实现的功能。其流程图如图4.1。图4.1 主程序设计流程图4.2 子程序设计子程序包括由键盘输入与显示、E2PROM存储子程序及超限报警子程序等子程序组成。4.2.1 显示子程序此子程序所实现的功能是将键盘键入的温度报警值顺序显示在相应的LED中。显示使用的4个

51、LED中，第4个显示温度传感器的编号，第3个和第2个分别显示温度的十位和个位，第1个显示小数位。程序框图如图4.2所示。开始送第二位显示数据P0口初始化延时约20毫秒发第一位显示指令送第一位显示数据发第二位显示指令发第三位显示指令送第四位显示数据发第四位显示指令送第四位显示数据显示器复活返回图4.2 显示子程序4.2.2 键盘输入子程序此子程序主要是进行键盘功能和温度报警值的设定并将其存入指定的存储单元。键盘实现的功能包括：设定、运行、左移、右移、加1、减1，此子程序可改变温度报警值，并且可以控制程序的运行过程。程序框图如图4.3所示。图4.3 键盘输入子程序4.2.3 E2PROM、看门狗子

52、程序单片机初始化后，先从X25045中把设定的温度显示值取出，存于CPU的内部数据存储单元，然后调用键盘输入子程序。如果重新输入极限值，输入完后，把新的报警值存入X25045的E2PROM中。程序框图如图4.4所示。开 始 初始化 设置写使能锁存器 写状态寄存器 设置写使能锁存器把单片机中温度报警值写到X25045从X25045中把温度 报警值读到单片机数据单元中 设置写使能锁存器返回 图4.4 EEPROM读写数据子程序4.2.4 超温报警子程序当采集到的温度值超过设定的报警值时，发光二极管亮，蜂鸣器蜂鸣报警。程序流程图如图4.5所示开 始初始化发光二极管、蜂鸣器报警检测温度是否超限？返回YES NO 图45 超温报警子程序设计总结本论文是火车轴承温度监测报警系统的一个子专题，主要工作是设计该系统的温度