【文章內(nèi)容簡介】 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（論文） 7 溫度計等等，其 COMPIM（ COM 口物理接口模型）還可以使仿真電路通過 PC機(jī)串口和外部電路實現(xiàn)雙向異步串行通信。 實時 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)行高級語言的源碼級仿真和調(diào)試。 4. 實用的 PCB 設(shè)計平臺 原理圖到 PCB 的快速通道： 原理圖設(shè)計完成后，一鍵便可進(jìn)入 ARES的 PCB 設(shè)計環(huán)境，實現(xiàn)從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。 先 進(jìn)的自動布局 /布線功能 ： 支持器件的自動 /人工布局；支持無網(wǎng)格自動布線或人工布線；支持引腳交換 /門交換功能使 PCB 設(shè)計更為合理。 完整的 PCB 設(shè)計功能 ： 最多可設(shè)計 16個銅箔層， 2個絲印層， 4個機(jī)械層（含板邊），靈活的布線策略供用戶設(shè)置，自動設(shè)計規(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)計工具的互轉(zhuǎn)（如 protel）和 PCB 板的設(shè)計和加工。 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，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部份組合在一起。運行 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，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到 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)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢 。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（論文） 8 第四章 詳細(xì)設(shè)計 詳細(xì)設(shè)計包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。 硬件設(shè)計 硬件設(shè)計主要包括溫度采集電路設(shè)計、顯示電路設(shè)計、單片機(jī)基礎(chǔ)電路設(shè)計、 USB 通信模塊四個部分。 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 。測溫分辨率可達(dá)℃，被測溫度用符號擴(kuò)展的 16 位數(shù)字量方式串行輸出。測量溫度范圍為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 DS18B20 都有唯一系列號，因此多個 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，會在 I/O 口或 VDD 引腳處于高電平時“偷”能量。當(dāng)有特定的時間和電壓 需求時， I/O 要提供足夠的能量。寄生供電有兩個好處： 進(jìn)行 遠(yuǎn)距離測溫時，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（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 DS18B20時更不可能。 第二種是外部供電 ，從 VDD 引腳接入一個外部電源。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)換新時期可以允許在單總線上進(jìn)行其他數(shù)據(jù)往來。 同時，在單總線上可以掛任意多片 DS18B20。但要注意加上外部電源時， 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。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) ~ 中某個口輸出低電平時 ,電流就注入對應(yīng)位的公共端 ,LED 數(shù)碼管被點亮。 由于 P0 口沒有內(nèi)置上拉電阻，所以在輸出時外掛上一個 10K 的上拉排阻，同時，為了保護(hù) P0 口給每個 P0 口接上一個 1K 的限流電阻，以保護(hù) P0 口不會被燒壞。 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（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)行通信時方便波特率的計算與設(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（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，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， 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。 現(xiàn)在在市場上能找到的一些簡易 USB 通信模塊都是使用虛擬串口技術(shù)來實現(xiàn)通信。該技術(shù)最大的特點 就是在 PC 虛擬出一個 COM 口，其 COM 口擁有自己的串口號，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)點就是兼容性強(qiáng)，能方便地把 RS232 串口升級成 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應(yīng)的驅(qū)動才能使用 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信號轉(zhuǎn)換成串口信號，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（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)險及制作難度。 模塊如下： 圖 47 USB通信模塊 USB 轉(zhuǎn)串口使用時僅需三個引腳，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，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)動成功安裝后虛擬出的串 口 COM6就是 PL2303驅(qū)動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)的幾個重要組成部分，這幾個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（論文） 13 軟件設(shè)計 軟件設(shè)計主要分成兩個部分：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)送控制信號控制單片機(jī)的工作。 下位機(jī)程序設(shè)計 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，外部電路十分簡潔，繪制作電路板時提供了不小的便利。但同時，簡潔 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 DS18B20 進(jìn)行讀 /寫編程時，必須嚴(yán)格保證讀 /寫時序，否則將無法讀取測溫結(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 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 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（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。 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 編碼而訪問存儲器操作來節(jié)省時間。如果在總線上存在多于一個的從屬器件而且在 Skip ROM 命令之后發(fā)出讀命令，那么由于多個從片同時發(fā)送 數(shù)據(jù)，會在總線上發(fā)生數(shù)據(jù)沖突（漏極開路下拉會產(chǎn)生線與的效果）。 2. Read Scratchpad（讀暫存存儲器） [BEh] 這個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)出讀時間隙，而 DS18B20 又忙于做時間轉(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強(qiáng)上拉，并保持 500ms。 向 DS18B20 寫入操作命令時，涉及到了寫 1操作；講習(xí)取測溫數(shù)據(jù)時，涉及廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計（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，最少需要 750ms 的等待時間 ,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器的第 0 和第 1個字節(jié)。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位