【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 RTEX、 DSP 處理器。 支持通用外設(shè)模型：如字符 LCD模塊、圖形 LCD模塊、 LED點(diǎn)陣、 LED七段顯示模塊、鍵盤 /按鍵、直流 /步進(jìn) /伺服電機(jī)、 RS232虛擬終端、電子廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 溫度計(jì)等等，其 COMPIM（ COM 口物理接口模型）還可以使仿真電路通過 PC機(jī)串口和外部電路實(shí)現(xiàn)雙向異步串行通信。 實(shí)時(shí) 仿真 ： 支持 UART/USART/EUSARTs 仿真、中斷仿真、 SPI/I2C 仿真、MSSP 仿真、 PSP 仿真、 RTC 仿真、 ADC 仿真、 CCP/ECCP 仿真。 編譯及調(diào)試：支持單片機(jī)匯編語言的編輯 /編譯 /源碼級(jí)仿真，內(nèi)帶805 AVR、 PIC 的匯編編譯器，也可以與第三方集成編譯環(huán)境（如 IAR、Keil 和 Hitech）結(jié)合，進(jìn)行高級(jí)語言的源碼級(jí)仿真和調(diào)試。 4. 實(shí)用的 PCB 設(shè)計(jì)平臺(tái) 原理圖到 PCB 的快速通道： 原理圖設(shè)計(jì)完成后，一鍵便可進(jìn)入 ARES的 PCB 設(shè)計(jì)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。 先 進(jìn)的自動(dòng)布局 /布線功能 ： 支持器件的自動(dòng) /人工布局；支持無網(wǎng)格自動(dòng)布線或人工布線；支持引腳交換 /門交換功能使 PCB 設(shè)計(jì)更為合理。 完整的 PCB 設(shè)計(jì)功能 ： 最多可設(shè)計(jì) 16個(gè)銅箔層， 2個(gè)絲印層， 4個(gè)機(jī)械層（含板邊），靈活的布線策略供用戶設(shè)置，自動(dòng)設(shè)計(jì)規(guī)則檢查， 3D 可視化預(yù)覽。 多種輸出格式的支持 ： 可以輸出多種格式文件，包括 Gerber 文件的導(dǎo)入或?qū)С?，便利與其它 PCB 設(shè)計(jì)工具的互轉(zhuǎn)（如 protel）和 PCB 板的設(shè)計(jì)和加工。 Keil 軟件 Keil軟件是目前最流行開發(fā) MCS51系列單片機(jī)的軟 件，這從近年來各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持 Keil即可看出。 Keil 提供了包括 C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部份組合在一起。運(yùn)行 Keil軟件需要 Pentium 或以上的 CPU， 16MB 或更多 RAM、 20M 以上空閑的硬盤空間、 WIN9 NT、 WIN20xx、 WINXP 等操作系統(tǒng)。掌握這一軟件的使用對(duì)于使用 51系列單片機(jī)的愛好者來說是十分必要的，如果你使用 C 語言編程，那么 Keil幾乎就是你的不二之選（目前在國內(nèi)你只能買 到該軟件、而你買的仿真機(jī)也很可能只支持該軟件），即使不使用 C 語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事半功倍。 Keil C51是美國 Keil Software 公司出品的 51系列兼容單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)， Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到 Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢(shì) 。安裝 MDK 組件 后，可以用于 ARM 開發(fā) 。 廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 第四章 詳細(xì)設(shè)計(jì) 詳細(xì)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。 硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)主要包括溫度采集電路設(shè)計(jì)、顯示電路設(shè)計(jì)、單片機(jī)基礎(chǔ)電路設(shè)計(jì)、 USB 通信模塊四個(gè)部分。 溫度采集電路 溫度芯片 DS18820 是 Dallas 公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字典度傳感器，具有 3 引腳 TO92 小體積 封裝形式 和 16PIN SSOP 超微型貼片封裝 。測(cè)溫分辨率可達(dá)℃，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的 16 位數(shù)字量方式串行輸出。測(cè)量溫度范圍為55℃～ +125℃，在 10℃～ +85℃范 同內(nèi)，精度為 +℃。其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可以采用寄生電源力方式產(chǎn)生。 CPU 只需一根端端口線就能與諸多DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。由于每一個(gè) DS18B20 都有唯一系列號(hào)，因此多個(gè) DS18820 可以存在同一條單總線上。 圖 41 DS18B20 引腳圖 DS18B20 有兩種供電模式：寄生 供電 和外部 供電 。在寄生電源模式工作時(shí)，會(huì)在 I/O 口或 VDD 引腳處于高電平時(shí)“偷”能量。當(dāng)有特定的時(shí)間和電壓 需求時(shí)， I/O 要提供足夠的能量。寄生供電有兩個(gè)好處： 進(jìn)行 遠(yuǎn)距離測(cè)溫時(shí)，無需本地電源； 可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀 ROM。要 DS18B20 能夠進(jìn)行精廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 確的溫度轉(zhuǎn)換， I/O 口必須在轉(zhuǎn)換期間保證電壓。 DS18B20 的工作電流達(dá)到 1mA,以至于僅靠 ，當(dāng)要接多個(gè) DS18B20時(shí)更不可能。 第二種是外部供電 ，從 VDD 引腳接入一個(gè)外部電源。這樣做的好處是 I/O線上不需要加強(qiáng)上拉，而且總線控制器不用在溫度轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換期間總是保持高電平。這樣在轉(zhuǎn)換新時(shí)期可以允許在單總線上進(jìn)行其他數(shù)據(jù)往來。 同時(shí)，在單總線上可以掛任意多片 DS18B20。但要注意加上外部電源時(shí)， GND 引腳不能懸空。 本系統(tǒng)采用外部供電模式。 顯示電路 本系統(tǒng)采用四位共陽極 LED 數(shù)碼管來作為顯示設(shè)備 。 利用單片機(jī)的 P0 口與 P2 口的部分引腳構(gòu)成了 4 位 LED 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路。LED 數(shù)碼管采用共陽型，使用 4 只 PN8550 PNP 型三極管作為片選端的驅(qū)動(dòng)。PN8550 的發(fā)射極 E 接上 +5V 電源，基極 B 接上 P0 相應(yīng)的 I/O 口，集電極 C 接上 LED 數(shù)碼管的各位公共端。當(dāng) ~ 中某個(gè)口輸出低電平時(shí) ,電流就注入對(duì)應(yīng)位的公共端 ,LED 數(shù)碼管被點(diǎn)亮。 由于 P0 口沒有內(nèi)置上拉電阻，所以在輸出時(shí)外掛上一個(gè) 10K 的上拉排阻，同時(shí)，為了保護(hù) P0 口給每個(gè) P0 口接上一個(gè) 1K 的限流電阻，以保護(hù) P0 口不會(huì)被燒壞。 DS18B20 GND VCC VCC I/O 圖 43 外部供電 DS18B20 GND VDD VCC I/O 圖 42 寄生供電 廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 44 顯示部分電路圖 單片機(jī)基礎(chǔ)電路 單片機(jī)的基礎(chǔ)電路包括復(fù)位電路和晶振電路 .電路如下 : 圖 45 基礎(chǔ)電路 本系統(tǒng)使用 的石英晶振，目的是為了在與 PC 進(jìn)行通信時(shí)方便波特率的計(jì)算與設(shè)置。從而較方便地完成通信。 廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 USB 通信模塊 PC 機(jī)具有強(qiáng)大的監(jiān)控和管理能力，而單片機(jī)則具有快速及靈活的控制特點(diǎn)，通過 PC 機(jī)的 RS232 串口技術(shù)與外部設(shè)備進(jìn)行通信，是許多測(cè)控系統(tǒng)中常用的一種通信解決方案。而隨著 USB 接口技術(shù)的成熟和使用的普及，由于 USB 接口有著一系列串口無法比擬的優(yōu)點(diǎn)， USB 接口正在逐步取代 RS232 串口，成為外設(shè)接口的主流 ?，F(xiàn)在大多數(shù)的筆記本電腦和部分新型臺(tái)式機(jī)主板出于各種原因， RS232串口已經(jīng)不再設(shè)置。這都約束了 RS232 串口與 PC 聯(lián)機(jī)的單片機(jī)設(shè)備和使用。所以本系統(tǒng)使用 USB 接口來通信，從而達(dá)到即插即用的特點(diǎn)。 現(xiàn)在在市場(chǎng)上能找到的一些簡(jiǎn)易 USB 通信模塊都是使用虛擬串口技術(shù)來實(shí)現(xiàn)通信。該技術(shù)最大的特點(diǎn) 就是在 PC 虛擬出一個(gè) COM 口，其 COM 口擁有自己的串口號(hào)，邏輯上與接上 USB 通信模塊的 USB 口相聯(lián)，從而達(dá)到通信的目的。這種方法最大的優(yōu)點(diǎn)就是兼容性強(qiáng)，能方便地把 RS232 串口升級(jí)成 USB 口通信，但不需要更改原有的通信協(xié)議，唯一的不足就是要安裝上對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)才能使用 USB通信模塊。 本系統(tǒng)使用 PL2303HX 來作為 USB 通信模塊。 PL2303HX 采用 28腳貼片 SOIC封裝，工作頻率為 12MHZ， 全速兼容 USB ，可以直接將 USB信號(hào)轉(zhuǎn)換成串口信號(hào)，波特率從 75～ 1228800，有 22 種波特率可以 選擇， 通信波特率高達(dá) 6Mb/s， 并支持 16 共 5 種數(shù)據(jù)比特位 ,可調(diào)節(jié)的 3～ 5V輸出電壓 等性能。 接口電路如下： 圖 46 PL2303接口電路圖 由于 USB 通信芯片十分小，都要是采用超微型貼片封裝，如果是自己動(dòng)手焊接具有很高的難度，極容易損壞芯片及其他元件。出于這些考慮，決定直接購廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 買市面上已經(jīng)做好完速通信模塊來使用，從而降低風(fēng)險(xiǎn)及制作難度。 模塊如下： 圖 47 USB通信模塊 USB 轉(zhuǎn)串口使用時(shí)僅需三個(gè)引腳，分別是 GND,TXD,RXD。 GND 接單片機(jī)的 GND，TXD 接單片機(jī)的 RXD 即 P3^0， RXD 接單片機(jī)的 TXD即 P3^1。同時(shí)，該模塊還提供有 5V 和 供電，可以方便地為系統(tǒng)提供電源，也能為日后的擴(kuò)展提供便利。 使用前需要安裝 PL2303 所配套的驅(qū)動(dòng)程序才能正常地使用該模塊。 安裝成功后如下圖： 圖 48 驅(qū)動(dòng)成功安裝后虛擬出的串 口 COM6就是 PL2303驅(qū)動(dòng)程序虛擬出來的串口，該串口如普通串口一樣地使用。 以上介紹的是本系統(tǒng)的幾個(gè)重要組成部分，這幾個(gè)部分共同組成了本系統(tǒng)的主體。 廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)主要分成兩個(gè)部分：下位機(jī)軟件和上位機(jī)軟件。下位機(jī)軟件由 C語 言來編寫，通過 C51 編譯器編譯成 HEX 文件，再由編程器把程序文件燒入AT89S52 芯片當(dāng)中。上位機(jī)軟件由 來編寫，運(yùn)行在 PC 機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中，用于接收和處理單片機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù) ，并且發(fā)送控制信號(hào)控制單片機(jī)的工作。 下位機(jī)程序設(shè)計(jì) 下位機(jī)程序主要包括 DS18B20 初始化及數(shù)據(jù)處理、通信端口初始化、 LED顯示、收發(fā)數(shù)據(jù)。這四個(gè)部分共同構(gòu)成下位機(jī)程序。 DS18B20 初始化及數(shù)據(jù)處理 DS18B20 采用單一總線型設(shè)計(jì)，外部電路十分簡(jiǎn)潔，繪制作電路板時(shí)提供了不小的便利。但同時(shí)，簡(jiǎn)潔 的外部電路需要用到比較復(fù)雜的軟件程序來控制，從而使它正常穩(wěn)定地工件。 在對(duì) DS18B20 進(jìn)行讀 /寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格保證讀 /寫時(shí)序，否則將無法讀取測(cè)溫結(jié)果，根據(jù) DS18B20 通信協(xié)議，單片機(jī)控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須以下步驟進(jìn)行： 每一次讀 /寫之前都要對(duì) DS18B20 進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條 ROM 指令，最后發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對(duì) DS18B20 進(jìn)行預(yù)定的操作。 復(fù)位要求單片機(jī)將數(shù)據(jù)線下拉 480μ s960μ s,然后釋放， DS18B20 收到信號(hào)后等待 1660μ s,然后發(fā)出 60240μ s的存在低 脈沖 ，單片機(jī)收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。 圖 49 DS18B20初始化 復(fù)位代碼如下： 廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 410 復(fù)位代碼段 完成復(fù)位后， DS18B20 進(jìn)入了等待接收 ROM 操作命令或 RAM操作指令。 所有ROM 操作命令均為 8位長(zhǎng)。 本系統(tǒng)使用到的 ROM 操作指令和 RAM操作指令有： 1. Skip ROM( 跳過 ROM )[CCh] 在單點(diǎn)總線系統(tǒng)中，此命令通過允許總線主機(jī)不提供 64 位 ROM 編碼而訪問存儲(chǔ)器操作來節(jié)省時(shí)間。如果在總線上存在多于一個(gè)的從屬器件而且在 Skip ROM 命令之后發(fā)出讀命令，那么由于多個(gè)從片同時(shí)發(fā)送 數(shù)據(jù)，會(huì)在總線上發(fā)生數(shù)據(jù)沖突（漏極開路下拉會(huì)產(chǎn)生線與的效果）。 2. Read Scratchpad（讀暫存存儲(chǔ)器） [BEh] 這個(gè)命令讀取暫存器的內(nèi)容。讀取將從字節(jié) 0開始，一直進(jìn)行下去，直到第9（字節(jié) 8， CRC）字節(jié)讀完。如果不想讀完所有字節(jié)，控制器可以在任何時(shí)間發(fā)出復(fù)位命令來中止讀取。 3. Convert T（溫度變換） [44h] 這條命令啟動(dòng)一次溫度轉(zhuǎn)換而無需其他數(shù)據(jù)。溫度轉(zhuǎn)換命令被執(zhí)行，而后DS18B20 保持等待狀態(tài)。如果總線控制器在這條命令之后跟著發(fā)出讀時(shí)間隙，而 DS18B20 又忙于做時(shí)間轉(zhuǎn)換的話， DS18B20 將在總線上輸出 “0” ，若溫度轉(zhuǎn)換完成，則輸出 “1” 。如果使用寄生電源，總線控制器必須在發(fā)出這條命令后立即起動(dòng)強(qiáng)上拉，并保持 500ms。 向 DS18B20 寫入操作命令時(shí)，涉及到了寫 1操作；講習(xí)取測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)時(shí)，涉及廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 讀 1 操作。程序如下： 圖 411 讀數(shù)據(jù)和寫命令代碼段 單片機(jī)無論是發(fā)送操作命令還是接收數(shù)據(jù)，都是數(shù)據(jù)都是二進(jìn)制的形式，所以需要一位位地讀，一位位地寫。 圖 412 發(fā)送命令及讀取溫度代碼段 采用 12位分辨率進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，最少需要 750ms 的等待時(shí)間 ,才能完成一次轉(zhuǎn)換。 當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換 命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第 0 和第 1個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位