【正文】 數(shù)器； 1 個(gè)全雙工異步串行口； 中斷系統(tǒng)（ 5 個(gè)中斷源， 2 個(gè)優(yōu)先級(jí)）。 圖 31 AT89C51 單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 由圖 31 可見， 8051 單片機(jī)主要由以下幾部分組成： 1. CPU 系統(tǒng) 8 位 cpu，含布爾處理器； 時(shí)鐘電路； 總線控制邏輯。 AT89C51 的存儲(chǔ)器系統(tǒng)由 4K 的程序存儲(chǔ)器(掩膜 ROM)，和 128B 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)組成。這些各大電子生產(chǎn)商推出的單片機(jī)都兼容 51 指令、并在 51 的基礎(chǔ)上擴(kuò)展一些功能而內(nèi)部結(jié)構(gòu)是與 51 一致的。 趙賜明：基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 10 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)的選擇 AT89C51 單片機(jī)的介紹 AT89C51 單片機(jī)最初是由 Intel 公司開發(fā)設(shè)計(jì)的，但后來 Intel 公司把 51 核的設(shè)計(jì)方案賣給了幾家大的電子設(shè)計(jì)生產(chǎn)商，譬如 SST、 Philip、 Atmel 等大公司。對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 )。 Keil 能以單步執(zhí)行 (按 F11 或選擇 DebugStep)、過程單步執(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。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。加入文件后點(diǎn) close 返回主界面，展開 “Source Group1”前面 +號(hào)，就會(huì)看到所加入的文件，雙擊文件名，即可打開該源程序文件。首先選擇菜單 FileNew… ，在源程序編輯器中輸入?yún)R編語言或 C 語言源程序 (或選擇 FileOpen… ，直接打開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 (保存時(shí)無需加擴(kuò)展名，也可加上擴(kuò)展名 .uv2)；工程保存后會(huì)立即彈出一個(gè)設(shè)備選擇對話框，選擇 CPU 后點(diǎn)確定返回主界面。 Keil 使用 “工程 ”(Project)的概念，對工程 (而不能對單一的源程序 )進(jìn)行編譯 /匯編、連接等操作。 Keil 提供包括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，由以下幾部分組成： μVision IDE 集成開發(fā)環(huán)境 C51編譯器、 A51匯編器、 LIB51庫管理器、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)。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢。 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。 Keil 軟件 Keil 軟件簡介 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)，與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。 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里面。 趙賜明：基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 8 Proteus 簡單應(yīng)用 圖 21 proteus 界面圖 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。 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。 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)。 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。 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 PIC1 PIC1 PIC2dsPIC3 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。 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。 超過 27000個(gè)仿真器件：可以通過內(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。 可輸出高質(zhì)量圖紙：通過個(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。 智能化的連線功能：自動(dòng)連線功能使連接導(dǎo)線簡單快捷，大大縮短繪圖時(shí)間。 4 大功能模塊 1. 智能原理圖設(shè)計(jì)（ ISIS） 豐富的器件庫：超過 27000種元器件，可方便地創(chuàng)建新元件。對于這樣的仿真實(shí)驗(yàn)．從某種意義上講，是彌補(bǔ)了．實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用閹脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。 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)外圍電路或沒有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。 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。 2. 提供了多種虛擬儀器。在編譯方面，它也支持 IAR、 Keil 和 MPLAB 等多種編譯器。 Proteus 是世界上著名的 EDA 工具 (仿真軟件 )，從原理圖布圖、代碼調(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)。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。 按鍵輸入電路 單 片 機(jī) 驅(qū)動(dòng)電路 顯示電路 測溫電路 擴(kuò)展接口：對時(shí)間和溫度信息定點(diǎn)存儲(chǔ)，并與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 報(bào)警電路 趙賜明：基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 6 第 二 章 開發(fā)工具 Proteus 與 Keil Proteus 軟件 Proteus 簡介 Proteus 軟件是英國 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。便于單片機(jī)處理及控制，在 0—100 攝氏度時(shí)，最大線形偏差小于 1 攝氏度，采用單總線的數(shù)據(jù)傳輸，可直接與計(jì)算機(jī)連接。 3. 溫度傳感器 溫度傳感器采用美國 DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 DS18B20溫度傳感器。 2. 顯示電路 顯示電路采用 LED 液晶顯示數(shù)碼管，從 P3 口 RXD,TXD 串口輸出段碼。 系統(tǒng)框圖主要由主控制器、單片機(jī)復(fù)位、報(bào)警按鍵設(shè)置、時(shí)鐘振蕩、 LED 顯示、溫度傳感器組成。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與組成 利用溫度傳感器 DS18B20 可以直接讀取被測溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換的特性，模擬溫度值經(jīng)過 DS18B20 處理后轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，然后送到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并與設(shè)置的溫度報(bào)警限比較，超過限度后通過揚(yáng)聲器報(bào)警。 數(shù)碼管 測溫電路 報(bào)警電路 復(fù)位電路 單 片 機(jī) ADC0809 按鍵防抖動(dòng) 晶振電路 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 系統(tǒng)框圖如圖 13 所示 圖 13 DS18B20溫度測溫系統(tǒng)框圖 從以上兩種方案，容易看出方案一的測溫裝置可測溫度范圍寬、體積小，但是線性誤差較大。 該系統(tǒng)利用 AT89C51 芯片控制溫度傳感器 DS18B20 進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度檢測并顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需要設(shè)定上下限報(bào)警溫度。采用 51 單片機(jī)控制， 軟件編程的自由度大，可通過編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制，而且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡單，安裝方便。 DS18B20 的最大特點(diǎn)之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計(jì) DS18B20 和微控制器 AT89C51 構(gòu)成的溫度測量裝置 ,它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào) ,可直接與計(jì)算機(jī)連接。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，此元件線形較好。系統(tǒng)框圖如圖 12 所示：趙賜明：基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 4 圖 12熱電偶溫差電路測溫系統(tǒng)框圖 采用數(shù)字溫度芯片 DS18B20 測量溫度，輸出信號(hào)全數(shù)字化。此外還有復(fù)位電路，晶振電路，啟動(dòng)電路等。熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是工作溫度范圍非常寬，且體積小，但是它們也存 在著輸出電壓小、容易遭受來自導(dǎo)線環(huán)路的噪聲影響以及漂移較高的缺點(diǎn)，并且這種設(shè)計(jì)需要用到 A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。通過將參考結(jié)點(diǎn)保持在已知溫度并測量該電壓，便可推斷出檢測結(jié)點(diǎn)的溫度。 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 系統(tǒng)概述 系統(tǒng)方案論證與比較 該系統(tǒng)主要由溫度測量和數(shù)據(jù)采集兩部分電路組成，實(shí)現(xiàn)的方法有很多種，下面將列出兩種在日常生活中和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常用到 的實(shí)現(xiàn)方案。 七級(jí)數(shù)碼管 進(jìn)行實(shí)際溫度值顯示。 55℃ ～＋ 99℃ ，精度為 177。詳細(xì)介紹了其硬件和軟件設(shè)計(jì)，利用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，此傳感器課讀取被測量溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 設(shè)計(jì)內(nèi)容及性能指標(biāo) 在了解和熟悉 51 單片系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，掌握 A/D 轉(zhuǎn)換的基本原理及編程方法；掌握利用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的基本原理及方法；設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字溫度計(jì)（利用 MCS51 單片機(jī)、溫度傳感器 AD590， A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字溫度計(jì)，能顯示環(huán)境溫度；設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制器（利用 DS18B20 設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制器，可以顯示環(huán)境溫度，控制升降溫，超溫報(bào)警）。與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，其具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準(zhǔn)確，輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫要求比較準(zhǔn)確的場所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用。 目前的智能溫度傳感器 (亦稱數(shù)字溫度傳感器 )是在 20 世紀(jì) 90 年代中期問世的，它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測試技術(shù) (ATE)的結(jié)晶，特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器 (MCU)。在三大信息信息采集 (即傳感器技術(shù) )、信息傳輸 (通信技術(shù) )和信息處理 (計(jì)算機(jī)技術(shù) )中，傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器技術(shù)，在我國各領(lǐng)域已經(jīng)引用的非常廣泛，可以說是滲透到社會(huì)的每一個(gè)領(lǐng)域，人民的生活與環(huán)境的溫度息 息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實(shí)時(shí)測量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測量，因此研究溫度的測量方法和裝置具有重要的意義。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的 Windows 和 Linux操作系統(tǒng)。目前，高端的 32位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過 300MHz，性能直追 90 年代中期的專用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至 1 美元，最高端的型號(hào)也只有 10 美元。隨著 INTEL i960 系列特別是后來的 ARM 系列的廣泛應(yīng)用， 32 位單片機(jī)迅速取代 16 位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了 16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。此后在 8031 上發(fā)展出了 MCS51 系列單片機(jī)系統(tǒng)。 早期的單片機(jī)都是 8 位或 4 位的。最早的設(shè)計(jì)理念是 通過將大量外圍設(shè)備和CPU 集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。 單片機(jī)也被稱為微控制器（ Microcontroller），是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。 單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。成熟的溫控產(chǎn)品主要以 “點(diǎn)位 ”控制及常規(guī)的 PID 控制器為主，它們只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，而用于較高控制場合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少。 c temperature range, maximum resolution up to 186。DS18B20 。正文著重給出了軟硬件系統(tǒng)的各部分電路，介紹了集成溫度傳感器DS18B20 的原理， AT89C51 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)簡單。 DS18B20 可以直接讀出溫度值，而且采用三線制與單片