【導(dǎo)讀】過(guò)程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中普遍而且重要的物理參數(shù)之一。傳統(tǒng)的測(cè)溫元件有熱電偶和二。而熱電偶和熱電阻測(cè)出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度，這些方法。相對(duì)比較復(fù)雜，需要比較多的外部硬件支持。我們采用美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS18B20之后推出的一種改進(jìn)型智能。DS18B20可以直接讀出北側(cè)溫度值，而且采用三線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。本文介紹一種基于AT89C52. 量范圍0℃~+100℃，使用LCD模塊顯示，能設(shè)置溫度報(bào)警上下限。單片機(jī)功能和應(yīng)用。該電路設(shè)計(jì)新穎、功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

　　

【正文】 碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、 PCB 設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持 805HC1 PIC10/12/16/18/24/30/DSPIC3 AVR、 ARM、 8086 和 MSP430 等，在編譯方面，它也支持 IAR、 Keil 和 MPLAB 等多種編譯器。 Proteus 軟件 的特點(diǎn)是： (1) 實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和 SPICE 電路仿真相結(jié)合，具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、各種單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)仿真。 (2) 提供了多種虛擬儀器。如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等，調(diào)試非常方便。 (3) 提供軟件調(diào)試功能，同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil 等軟件。 (4) 具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。 Proteus 與其它單片機(jī)仿 真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī) CPU 的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒(méi)有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。 2. 四大功能模塊 (1) 智能原理圖設(shè)計(jì)（ ISIS） 豐富的器件庫(kù)：超過(guò) 27000 種元器件，可方便地創(chuàng)建新元件。 智能的器件搜索：通過(guò)模糊搜索可以快速定位所需要的器件。 智能化的連線功能：自動(dòng)連線功能使連接導(dǎo)線簡(jiǎn)單快捷，大大縮短繪洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 圖時(shí)間。 支持總線結(jié)構(gòu)：使用總線器件和總線布線使電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明清晰。 可輸出高質(zhì)量圖紙：通過(guò)個(gè)性化設(shè)置，可以生成印刷質(zhì)量的 BMP 圖紙，可以方便地 供 WORD、 POWERPOINT 等多種文檔使用。 (2) 完善的電路仿真功能（ PROSPICE） PROSPICE 混合仿真：基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SPICE3F5，實(shí)現(xiàn)數(shù)字 /模擬電路的混合仿真。 超過(guò) 27000 個(gè)仿真器件：可以通過(guò)內(nèi)部原型或使用廠家的 SPICE 文件自行設(shè)計(jì)仿真器件， LABCENTER 也在不斷地發(fā)布新的仿真器件，還可導(dǎo)入第三方發(fā)布的仿真器件。 多樣的激勵(lì)源：包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、音頻（使用wav 文件）、指數(shù)信號(hào)、單頻 FM、數(shù)字時(shí)鐘和碼流，還支持文件形式的信號(hào)輸入。 豐富的虛 擬儀器： 13 種虛擬儀器，面板操作逼真，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器、直流電壓 /電流表、交流電壓 /電流表、數(shù)字圖案發(fā)生器、頻率計(jì) /計(jì)數(shù)器、邏輯探頭、虛擬終端、 SPI 調(diào)試器、 I2C 調(diào)試器等。 生動(dòng)的仿真顯示：用色點(diǎn)顯示引腳的數(shù)字電平，導(dǎo)線以不同顏色表示其對(duì)地電壓大小，結(jié)合動(dòng)態(tài)器件（如電機(jī)、顯示器件、按鈕）的使用可以使仿真更加直觀、生動(dòng) 。 高級(jí)圖形仿真功能（ ASF）：基于圖標(biāo)的分析可以精確分析電路的多項(xiàng)指標(biāo)，包括工作點(diǎn)、瞬態(tài)特性、頻率特性、傳輸特性、噪聲、失真、傅立葉頻譜分析等。 (3) 獨(dú)特的單片 機(jī)協(xié)同仿真功能（ VSM） 支持主流的 CPU 類型：如 ARM 8051/5 AVR、 PIC10/1 PIC1PIC1 PIC2 dsPIC3 HC1 BASICSTAMP、 808 MSP430 等， CPU類型隨著版本升級(jí)還在繼續(xù)增加，如即將支持 CORTEX、 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(pán) /按鍵、直流 /步進(jìn) /伺服電機(jī)、 RS232 虛擬終端、電子溫度計(jì)等等，其 COMPIM（ COM 口物理接口模型）還可以使仿真電路通過(guò) PC 機(jī) 串口和外部電路實(shí)現(xiàn)雙向異步串行通信。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 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(yǔ)言的編輯 /編譯 /源碼仿真，內(nèi)帶 805AVR、 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(yǔ)言的源碼仿真和調(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(wú)網(wǎng)格自動(dòng)布線或人工布線；支持引腳交換 /門(mén)交換功能使 PCB 設(shè)計(jì)更為合理。 3. ISIS 智能原理圖輸入系統(tǒng) ISIS 是 PROTEUS 系統(tǒng)的中心 ， 具有控制原理圖畫(huà)圖的外觀的超強(qiáng)的設(shè)計(jì)環(huán)境。無(wú)論用戶的要求是快速實(shí)現(xiàn)復(fù)雜設(shè)計(jì)的仿真以及 PCB 設(shè)計(jì) ，還是設(shè)計(jì)精美的原理圖 供出版 ， ISIS 都可以很好的完成。畫(huà)完圖可以以圖形文件輸出，或者拷貝到剪切板以便其他文件使用。這就使得 ISIS 成為制作技術(shù)文件，學(xué)術(shù)論文，項(xiàng)目報(bào)告的 理想工具，也是 PCB 設(shè)計(jì)的一個(gè)出色的前端。畫(huà)圖的外形由風(fēng)格模板定義 。 4. Proteus 的 簡(jiǎn)單應(yīng)用 圖 41 Proteus 界面圖 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 (1) 繪制原理圖：繪制原理圖要在原理圖編輯窗口中的藍(lán)色方框內(nèi)完成。原理圖編輯窗口的操作是不同于常用的 WINDOWS 應(yīng)用程序的，正確的操作是：用左鍵放置元件；右鍵選擇元件；雙擊右鍵刪除元件；右鍵選中多個(gè)元件；先右鍵后左鍵編輯元件屬性；先右鍵后左鍵拖動(dòng)元件；連線用左鍵，刪除用右鍵；改連接線：先右擊連線，再左鍵拖動(dòng)；中鍵 可以 縮放原理圖。 (2) 定制自己的元件：有三個(gè)個(gè)實(shí)現(xiàn) 途徑，一是用 PROTEUS VSM SDK 開(kāi)發(fā)仿真模型，并制作元件；另一個(gè)是在已有的元件基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，比如把元件改為 bus 接口的；還有一個(gè)是利用已制作好 （ 別人的 ） 的元件，我們可以到網(wǎng)上下載一些新元件并把它們添加到自己的元件庫(kù)里面。 (3) SubCircuits 應(yīng)用：用一個(gè)子電路可以把部分電路封裝起來(lái)，這樣可以節(jié)省原理圖窗口的空間。 Keil 軟件 1. Keil 軟件簡(jiǎn)介 Keil 軟件是美國(guó) Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語(yǔ)言在功能上、 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。 Keil 軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)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 軟件生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。 Keil 提供包括 C 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)方案，由以下幾部分組成：μVision IDE 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 C51 編譯器、 A51 匯編器、 LIB51 庫(kù)管理器、 BL51連接 /定位器、 OH51 目標(biāo)文件生成器以及 Monitor5 RTX51 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。 2. Keil 軟件調(diào)試功能 應(yīng)用 Keil 進(jìn)行軟件仿真開(kāi)發(fā)的主要步驟為：編寫(xiě)源程序并保存 — 建立工程并添加源文件 — 設(shè)置工程 — 編譯 /匯編、連接，產(chǎn)生目標(biāo)文件 — 程序調(diào)試。工程的建立、設(shè)置、編譯 /匯編及連接產(chǎn)生目標(biāo)文件的方法非常易于掌洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 握。首先選擇菜單 FileNew?，在源程序編輯器中輸入?yún)R編語(yǔ)言或 C 語(yǔ)言源程序 （ 或選擇 FileOpen?，直接打開(kāi)已用其它編輯器編輯好的源程序文檔 ） 并保存，注意保存時(shí)必須在文件名后加上擴(kuò)展名 .asm（ .a51） 或 .c；然后選擇菜單 ProjectNew Project?，建立新工程并保存；工程保存后會(huì)立即彈出一個(gè)設(shè)備選擇對(duì)話框，選擇 CPU 后點(diǎn)確定返回主界面。這時(shí)工程管理窗口的文件頁(yè) （ Files） 會(huì)出現(xiàn)“ Target1”，將其前面 +號(hào)展開(kāi)，接著選擇 Source Group1，右擊鼠標(biāo)彈出快捷菜單，選擇“ Add File to Group ‘ Source Group1’”，出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框，要求尋找并加入源文件。加入文件后點(diǎn) close返回主界面，展開(kāi)“ Source Group1”前面 +號(hào)，就會(huì)看到所加入的文件，雙擊文件名，即可打開(kāi)該源程序文件。緊接著對(duì)工程進(jìn)行設(shè)置，選擇工程管理窗口的 Target1，再選擇 ProjectOption for Target‘ Target1’ （ 或點(diǎn)右鍵彈出快捷菜單再選擇該選項(xiàng) ）， 打開(kāi)工程屬性設(shè)置對(duì)話框 ， 共有 8 個(gè)選項(xiàng)卡，主要設(shè)置工作包括在 Target 選項(xiàng)卡中設(shè)置晶振頻率、在 Debug 選項(xiàng)卡中設(shè)置實(shí)驗(yàn)仿真板等，如要寫(xiě)片，還必須在 Output 選項(xiàng)卡中選中“ Creat Hex Fi”；其它選項(xiàng)卡一 般可取默認(rèn)值。工程設(shè)置后按 F7 鍵 （ 或點(diǎn)擊編 譯工具欄上相應(yīng)圖標(biāo) ） 進(jìn)行編譯 /匯編、連接以及產(chǎn)生目標(biāo)文件。 成功編譯 /匯編、連接后，選擇菜單 DebugStart/Stop Debug Session（ 或按 Ctrl+F5 鍵 ） 進(jìn)入程序調(diào)試狀態(tài)， Keil 提供對(duì)程序的模擬調(diào)試功能，內(nèi)建一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真 CPU 以模擬執(zhí)行程序。 Keil 能以單步執(zhí)行 （ 按 F11或選擇 DebugStep） 、過(guò)程單步執(zhí)行 （ 按 F10 或選擇 DebugStep Over） 、全速執(zhí)行等多種運(yùn)行方式進(jìn)行程序調(diào)試。如果發(fā)現(xiàn)程序有錯(cuò)，可采用在線匯編功能對(duì)程序進(jìn)行在線修改 （ DebugInline Assambly? ）， 不必執(zhí)行先退出調(diào)試環(huán)境、修改源程序、對(duì)工程重新進(jìn)行編譯 /匯編和連接、然后再次進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)的步驟。對(duì)于一些必須滿足一定條件 （ 如按鍵被按下等 ） 才能被執(zhí)行的、難以用單步執(zhí)行方式進(jìn)行調(diào)試的程序行，可采用斷點(diǎn)設(shè)置的方法處理 （ DebugInsert/Remove Breakpoint 或 DebugBreakpoints?等 ） 。在模擬調(diào)試程序后，還須通過(guò)編程器將 .hex 目標(biāo)文件燒寫(xiě)入單片機(jī)中才能觀察目標(biāo)樣機(jī)真實(shí)的運(yùn)行狀況。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 系統(tǒng)主程序 主程序 主程序主要功能是負(fù)責(zé)溫度 的實(shí)時(shí)顯示、讀出處理 DS18B20 的測(cè)量溫度值。整個(gè)系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。從軟件的功能不同可分為兩大類：一是監(jiān)控軟件（主程序），它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，專門(mén)用來(lái)協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來(lái)完成各種實(shí)質(zhì)性的功能如測(cè)量、計(jì)算、顯示、通訊等。首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能選擇一種最合適的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)實(shí)時(shí)性的要求，合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調(diào)度關(guān)系。主程序流程如圖 42 所示。 開(kāi) 始M C U 初 始 化D S 1 8 B 2 0 初 始 化判 定 溫 度 是 否 在 設(shè) 定 范 圍 內(nèi)燈 滅顯 示 溫 度結(jié) 束燈 亮 燈 亮大 于 某 一 值小 于 某 一 值 圖 42 主 程序 流程圖 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 DS18B20 初始化 DS18B20 初始化流程圖如圖 43 所示。 開(kāi) 始8 9 C 5 1 寄 存 器D S 1 8 B 2 0 存 在 ？溫 度 轉(zhuǎn) 換 命 令讀 取 溫 度溫 度 數(shù) 據(jù) 處 理溫 度 顯 示溫 度 比 較 超 出 范 圍 ？報(bào) 警YNYN 圖 43 DS18B20 初始化流程圖 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令，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。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如圖 44 所示。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 發(fā) D S 1 8 B 2 0 復(fù) 位 命 令發(fā) 跳 過(guò) R O M 命 令發(fā) 溫 度 轉(zhuǎn) 換 開(kāi) 始 命 令結(jié) 束 圖 44 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖 溫度數(shù)據(jù)的計(jì)算處理方法 從 DS18B20 讀出的二進(jìn)制值 轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制值，才能用于字符的顯示。DS18B20 的轉(zhuǎn)換精度為 9～ 12 位，為了提高精度采用 12 位。在采用 12 位轉(zhuǎn)換精度時(shí)，溫度寄存器里的值是以 為步進(jìn)的，即溫度值為寄存器里的二進(jìn)制值乘以 ，就是實(shí)際的十進(jìn)制溫度值。 通過(guò)觀察表 41 可以發(fā)現(xiàn)，一個(gè)十進(jìn)制與二進(jìn)制間有很明顯的關(guān)系，就是把二進(jìn)制的高字節(jié)的低半字節(jié)和低字節(jié)的高半字節(jié)組成一字節(jié)，這個(gè)字節(jié)的二進(jìn)制化為十進(jìn)制后，就是溫度值的百、十、個(gè)位字節(jié)，所以二進(jìn)制值范圍是 0~F，轉(zhuǎn) 換成十進(jìn)制小數(shù)就是 的倍數(shù)（ 0~15 倍）。 表 41 二進(jìn)制與十進(jìn)制的 近似 對(duì)應(yīng)關(guān)系表 小數(shù)部分二進(jìn)制值 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 十進(jìn)制值 0 0 1 1 2 3 3 4 5 5 6 6 7 8 8 9 源程序 系統(tǒng)源程序見(jiàn)附錄。洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 第 5 章 仿真 仿真