【正文】 供仿真儀表，我們常用的如示波器、 I2C 調(diào)試器、信號(hào)發(fā)生 器、交直流電壓表、交直流電流表等，在仿真環(huán)境中上同一種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。 在 protues 軟件中，連接電路圖，進(jìn)行調(diào)試和仿真，把軟件程序通過(guò)生成 hex 文件下載到 89C51 芯片中進(jìn)行仿真，出現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行調(diào)試，在軟件下載過(guò)程中會(huì)遇到很多問(wèn)題，比如程序的問(wèn)題， LCD1602 液晶屏的數(shù)字體溫計(jì)的設(shè)計(jì) 36 驅(qū)動(dòng)程序，在理想情況下進(jìn)行仿真，出現(xiàn)的問(wèn)題和現(xiàn)實(shí)生活中的問(wèn)題還有差距，需要進(jìn)行反復(fù)的調(diào)試，才能在實(shí)踐中得到結(jié)果。仿真如下圖所示，從圖中可以看出 LCD1602 成功驅(qū)動(dòng)了，通過(guò)軟件編程設(shè)置的開(kāi)機(jī)畫(huà)面：在理想狀況下仿真圖如下所示： 數(shù)字體溫計(jì)的設(shè)計(jì) 37 圖 52 數(shù)字體溫計(jì)開(kāi)機(jī)仿真界面 通電后， DS18B20 傳感器工作，傳感器采集到的溫度信號(hào)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)將接收到信號(hào)進(jìn)行處理，將物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，溫度信號(hào)進(jìn)行采集以后，進(jìn)行 轉(zhuǎn)換成電平，電壓信號(hào)，通過(guò) DS18B20采集，不需要 A/D 轉(zhuǎn)換，直接實(shí)現(xiàn)物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，方便快捷實(shí)現(xiàn)，在電路上實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)簡(jiǎn)約的風(fēng)格。 下圖就是溫度超出范圍的仿真圖，如圖 55 所示 圖 55 溫度超出設(shè)定范圍 數(shù)字體溫計(jì)的設(shè)計(jì) 40 印刷電路板 PCB 的設(shè)計(jì) PCB 設(shè)計(jì)的方案 通過(guò)上面的軟件仿真后發(fā)現(xiàn)能實(shí)現(xiàn)數(shù)字體溫計(jì)的設(shè)計(jì)功能，準(zhǔn)確測(cè)出體溫，方便快捷讀出示數(shù)，但是仿真是基于 理論和理想情況下進(jìn)行的，在現(xiàn)實(shí)生活中肯定會(huì)有多多少少的誤差的，所以需要在實(shí)物中慢慢進(jìn)行修改和改進(jìn)，需要設(shè)計(jì)出實(shí)物的電路板，同樣在 Protel 軟件中，設(shè)計(jì)出的電路圖，在電路圖監(jiān)測(cè)沒(méi)有問(wèn)題以后，可以依據(jù)電路原理圖繪制印刷電路板的電路，也就是我們做實(shí)物的電路板的設(shè)計(jì) [12]。 電路板的調(diào)試 數(shù)字體溫計(jì)的設(shè)計(jì) 41 通過(guò)查閱資料和請(qǐng)教老師，運(yùn)用仿真軟件設(shè)計(jì)電路原理圖以后，生成 PCB 板。 既然提到了 PCB 版圖設(shè)計(jì)就需要明白版圖設(shè)計(jì)的方案的流程： 由于 Protel 軟件有一個(gè)功能是能把電路圖通過(guò)設(shè)置自動(dòng)生成 PCB版圖，但是還有很多問(wèn)題需要 解決： （ 1） 布局的問(wèn)題：在 PCB 的設(shè)計(jì)中會(huì)有很多器件，這個(gè)時(shí)候要進(jìn)行整體考慮和分析，比如考慮原件的位置擺放，走線的安排，特殊元件（高頻器件）等這些問(wèn)題都需要考慮，以免產(chǎn)生電路信號(hào)完整性和干擾等問(wèn)題，盡量減少 PCB 的設(shè)計(jì)失?。? （ 2） 尺寸的選擇：尺寸的選擇包括兩部分，一個(gè)是電子元器件的大小的選擇，一個(gè)是 PCB 版圖的大小。 數(shù)字體溫計(jì)的設(shè)計(jì) 38 圖 53 數(shù)字體溫計(jì)工作時(shí)仿真圖 （ 3）通過(guò)按鍵修改體溫上下限，設(shè)計(jì)一共設(shè)計(jì)了三個(gè)按鍵，一個(gè)是溫度上調(diào)，一個(gè)是溫度下調(diào)，還有一個(gè)是選擇復(fù) 位按鍵，通過(guò)按鍵設(shè)置體溫區(qū)間，從圖中可以看出，當(dāng)按下選擇復(fù)位按鍵時(shí)， LCD1602 顯示屏上光標(biāo)閃爍，提示修改，如下圖可以看出，在 TH 處出現(xiàn)一個(gè)光標(biāo)移動(dòng)的標(biāo)志，這個(gè)時(shí)候按下溫度上調(diào)按鍵，就會(huì)看到溫度上調(diào)，按鍵按一次溫度就會(huì)上調(diào)，如果按溫度下調(diào)按鍵，就會(huì)發(fā)現(xiàn)溫度減小，顯示在 LCD1602上，可以清晰的看出，同樣的再按一次選擇復(fù)位按鍵，進(jìn)行第二次選擇，可以看到光標(biāo)閃爍移動(dòng)，提示是修改上限還是下限。下面是在 Proteus 軟件仿真狀態(tài)下的電路圖，在 Proteus 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境中按照 Protel 軟件設(shè)計(jì)出的電路圖進(jìn)行搭建連接，將使用軟件 Keil 編程出的程序代碼生成 Hex文件下載到單片機(jī)中，通過(guò)對(duì)仿真軟件的靈活使用，將程序下載以后進(jìn)行仿真，開(kāi)始時(shí)候出現(xiàn)一些問(wèn)題，進(jìn)行軟件程序的修改， 修改程序中和硬件不兼容的代碼，查看技術(shù)手冊(cè)進(jìn)行參數(shù)修改，然后重新生成 Hex 文件下載到單片機(jī)中，在這期間需要對(duì)電子器件有很多的了解認(rèn)識(shí)。 電路圖設(shè)計(jì)如下圖 51 所示如下： 圖 51 整體硬件電路圖的設(shè)計(jì) 電路的仿真調(diào)試 硬件電路圖搭建如上，需要對(duì)以上電路圖進(jìn)行軟件上的仿真，通過(guò)軟件模擬出電路的實(shí)時(shí)情況。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，盡可能減少了儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。它具有更好靈活性的設(shè)計(jì)，可以大大縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，減少開(kāi)銷，而且還可以減少項(xiàng)目生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。 Proteus 軟件是英國(guó)實(shí)驗(yàn)室中心電子公司公布的 EDA 工具。//延時(shí) } else { SPEAKER=1。 } 報(bào)警器程序設(shè)計(jì) 當(dāng)體溫超出設(shè)定限度，報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。+39。 write_data(Th/10+0x30)。 } //以下是溫度的上限和下限初始化顯示部分 write_(0x80+0x00+4)。 } write_(0x80+0X40+10)。 } write_(0x80+0X40+0x00)。 } write_(0x80+9)。 //LCD 清屏 write_(0x80+0x01)。 } init_lcd()//LCD 初始化函數(shù) { write_(0x38)。 E=1。 delay(50)。 write_(uchar )//LCD 寫(xiě)地址函數(shù) { rs=0。 uchar tmp6[]=^。流程圖如下圖 45 所示， 圖 45 溫度顯示子程序 數(shù)字體溫計(jì)的設(shè)計(jì) 30 首先是初始化 sbit rs=P3^0。)。 write_data(a1)。)。39。//復(fù)位 DS18B20 Write cmd(0xcc)。//低 8 位值賦予 test0 test1=read date[1]。//低位取反碼 result=read date[0]+1。//置負(fù)號(hào)標(biāo)志為 0 if(( read date[1]amp。//向 DS18B20 發(fā)送跳過(guò) ROM 搜索命令 數(shù)字體溫計(jì)的設(shè)計(jì) 28 Write cmd(0xbe)。//復(fù)位 DS18B20 Write cmd(0xcc)。 TL0=0XB0。//次數(shù)清零 write_(0x0c)。//關(guān)閉中斷 write_(0x80+0x00+5)。//光標(biāo)移到第一行第十五個(gè)位置 } if(num==3)//如果按下選擇鍵的次數(shù)為 3 { num=0。//等待按鍵抬起 ； if(num==1)//如果按下選擇鍵的次數(shù)為 1 { TR0=0。所以在程序編寫(xiě)上也是體現(xiàn)了按鍵的功能，在軟件設(shè)計(jì)中，按鍵按一次，進(jìn)行延時(shí)， LCD 光標(biāo)閃爍進(jìn)行選擇，再按一次按鍵， 因?yàn)?溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是 指 溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令， 所以 當(dāng)采用12 位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為 750ms，在本程序設(shè)計(jì)中采用 1s 顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。//總線拉高，執(zhí)行如下的讀操作 if(DQ)//如果 DS18B20 輸出高電平 temp|=0x80。i0。//延時(shí)（ 30us），等待 DS18B20 取走總線數(shù)據(jù) DQ=1； //總線拉高 cmd=1。i) //循環(huán) 8 次 { DQ=0。 //將 DS18B20 的回應(yīng)讀到變量 x，用于判斷復(fù)位 delay1(20)。 //使總線為低電平 delay1(80)。其程序流程圖如圖 42 所 示 42 讀溫度子程序 圖 void reset() //DS18B20 的復(fù)位函數(shù) { uchar x=0。 //調(diào)用報(bào)警函數(shù) } } 測(cè)溫模塊程序 DS18B20 是在一根線上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，并且需要嚴(yán)格的通信協(xié)議來(lái)保證每位數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和完整性，首先將 DS18B20 進(jìn)行初始化，復(fù)位 DS18B20，然后單片機(jī)進(jìn)行等待 DS18B20 的應(yīng)答脈沖信號(hào)，單片機(jī)檢測(cè)到應(yīng)答脈沖，便發(fā)起跳過(guò) ROM匹配操作命令，成功執(zhí)行 ROM操作命令后，就可以使用內(nèi)存操作命令啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換，延時(shí)一段時(shí)間后等待溫度轉(zhuǎn)換。 //啟動(dòng)定時(shí)器 0 ET0=1。 //初始化 LCD TMOD=0X01。使用 Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率和質(zhì)量非常高，數(shù)字體溫計(jì)的設(shè)計(jì) 20 語(yǔ)句生成的匯編代碼結(jié)構(gòu)很緊湊，容易理解。 Keil 提供了很多功能，包括 C 語(yǔ)言，編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整 開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境將這些部分整合在一起。是支持 8051 微控制器 體系結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)工具，在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。 數(shù)字體溫計(jì)的設(shè)計(jì) 19 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)部分 采用 KeilC51 單片機(jī) C 語(yǔ)言 來(lái)進(jìn)行 設(shè)計(jì)， 使用這種語(yǔ)言 在一定程度上 可以更好地和單片機(jī)進(jìn)行兼容， 簡(jiǎn)化軟件開(kāi)發(fā) 。一共設(shè)置了三個(gè)按鍵，一個(gè)是復(fù)位選擇按鍵，另外兩個(gè)是溫度上調(diào)和溫度下調(diào)按鍵。 指令有很多， 分為幾類：分別是指令 1 光標(biāo)顯示，指令 2 光標(biāo)復(fù)位，指令 3 光標(biāo)移動(dòng)， 高電平右移，低電平左移 ， 指令 4 顯示開(kāi)關(guān)控制 ， 指令 5 光標(biāo)或顯示移位 ，高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo) ， 指令 6 功能設(shè)置命令 ，指令 7 字符發(fā)生器 RAM 地址設(shè)置 ， 指令 8DDRAM 地址設(shè)置 ， 指令 9讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF， 指令 10 寫(xiě)數(shù)據(jù) ， 指令 11 讀數(shù)據(jù)。根據(jù) DS18B20 協(xié)議各種操作系統(tǒng)協(xié)議：初始化 DS18B20（發(fā)送復(fù)位脈沖） → 發(fā) ROM 功能命令 → 發(fā)送操作命令 →內(nèi)存中的數(shù)據(jù)處理 溫度顯示模塊 LCD1602 液晶顯示屏 LCD1602 模塊是工業(yè)字符型液晶 ， 1602 液晶模塊內(nèi)部的 字符 發(fā)生 存儲(chǔ)器 可以 存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同的 點(diǎn)陣 字符圖形， 像 阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母 、 常用的符號(hào)、和日文假名等 。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。同時(shí)單片機(jī)進(jìn)行讀寫(xiě)數(shù)據(jù)指令以及進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換指令，都是通過(guò)數(shù)據(jù)總線這種方式傳入DS18B20，無(wú)需外部電源供電，溫度傳感器能測(cè)量的溫度范圍是在 55℃至 125℃ 的。 數(shù)字體溫計(jì)的設(shè)計(jì) 13 體溫?cái)?shù)據(jù)采集模 塊 美國(guó) DALLAS 半導(dǎo)體公司推出的智能型溫度傳感器 DS18B20，具有三個(gè)引腳，該傳感器與其他熱敏電阻溫度測(cè)量設(shè)備相比，它具有的優(yōu)點(diǎn)很多，比方說(shuō)接線方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域，封裝成后可應(yīng)用于多種場(chǎng)合比如說(shuō)可用于電纜溝測(cè)溫，高爐水循環(huán)測(cè)溫，鍋爐測(cè)溫，機(jī)房測(cè)溫，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚測(cè)溫，潔凈室測(cè)溫，彈藥庫(kù)測(cè)溫等多種非極限溫度場(chǎng)合。第一種是自動(dòng)復(fù)位方式， 只要在復(fù)位引腳 RST 端 加多于兩個(gè)機(jī)器周期 的 高電平 就可以 ， 因此在復(fù)位端 加上一個(gè)電容器和電阻器用于充電和放電 就 可以實(shí)現(xiàn) 。沒(méi)有這個(gè)時(shí)鐘，單片機(jī)就跑不起來(lái)。單片機(jī)最小系統(tǒng)起振電容 CC3 一般采用 15~33pF，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機(jī)越近越好 [4]。 STC89C52 單片機(jī) 的管腳圖如圖 32所示。它們共同作用，相互協(xié)同，一起實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的功能 。 STC89C52 的管腳比較多，各個(gè)管腳的功能也不相同。 顯然在眾多單片機(jī)控制系統(tǒng)中 STC89C52RC 具有很高的靈活性、使編程更加方便，更有利于實(shí)際操作并 運(yùn)行 [3]。另外 STC89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。是一種集成電路芯片，將 CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)計(jì)數(shù)器、 I/O 接口電路等集成在一個(gè)芯片。采用溫度傳感器 DS18B20，不需要進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換，單總線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，在硬件電路設(shè)計(jì)上做到了傳感模塊的靈活應(yīng)用。采用方案四設(shè)計(jì)的數(shù)字體溫計(jì)和日常生活中所見(jiàn)到的體溫計(jì)比較，具有功耗低，讀數(shù)方便快捷，測(cè)溫范圍廣且精準(zhǔn)，最重要的優(yōu)勢(shì)是使用 DS18B20 傳感器輸出的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，不需要進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換，把數(shù)字信號(hào)傳送給單片機(jī) 89C52進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換，將實(shí)時(shí)溫度顯示在 LCD1602 液晶屏上，其輸出也是采 用數(shù)字顯示，可以及時(shí)作出調(diào)整。 數(shù)字體溫計(jì)的設(shè)計(jì) 5 方案分析與論證： 現(xiàn)實(shí)生活中大多數(shù)體溫計(jì)多由水銀制成，使用水銀體溫計(jì)不但測(cè)溫時(shí)間長(zhǎng)，還存在很多不便之處，比如讀數(shù)不便，測(cè)溫精確度不高，而且水銀溫度計(jì)一旦破碎了對(duì)環(huán)境污染非常大。 方案二：考慮使用非 接觸式的體溫計(jì)，例如紅外測(cè)溫儀，利用分子之間紅外光譜原理，為了獲得精確的溫度讀數(shù)，測(cè)溫儀與測(cè)試目標(biāo)之間的距離必須在合適的范圍之內(nèi)，但這種體溫計(jì)容易受到皮膚的干燥清潔度，空氣溫度，污染，電磁場(chǎng)等干擾因素的影響，造成誤差比較大，而且成本比較高，不太適合家庭和醫(yī)院使用。 智能溫度傳感器 內(nèi)部包含溫度傳感器、 A/D 傳感 器、 信號(hào)處理 器、 存儲(chǔ)器 （或 寄存器 ）和接口電路 [1]。 第二階段：模擬集成溫度 傳感器 /控制器?，F(xiàn)如今物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，在各類電子產(chǎn)品上傳感器的使用是越來(lái)越廣泛，未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是物物相連，而傳感器也向著科技