【正文】 ； 1 個全雙工異步串行口； 中斷系統(tǒng)（ 5 個中斷源， 2 個優(yōu)先級）。 圖 31 AT89C51 單片機結(jié)構(gòu)框圖 由圖 31 可見， 8051 單片機主要由以下幾部分組成： 1. CPU 系統(tǒng) 8 位 cpu，含布爾處理器； 時鐘電路； 總線控制邏輯。 AT89C51 的存儲器系統(tǒng)由 4K 的程序存儲器(掩膜 ROM)，和 128B 的數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)組成。這些各大電子生產(chǎn)商推出的單片機都兼容 51 指令、并在 51 的基礎上擴展一些功能而內(nèi)部結(jié)構(gòu)是與 51 一致的。 趙賜明：基于單片機的數(shù)字溫度計的設計與實現(xiàn) 10 第三章 系統(tǒng)硬件設計 單片機的選擇 AT89C51 單片機的介紹 AT89C51 單片機最初是由 Intel 公司開發(fā)設計的，但后來 Intel 公司把 51 核的設計方案賣給了幾家大的電子設計生產(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)行方式進行調(diào)試的程序行，可采用斷點設置的方法處理 (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)行等多種運行方式進行程序調(diào)試。工程設置后按 F7 鍵 (或點擊編譯工具欄上相應圖標 )進行編譯 /匯編、連接以及產(chǎn)生目標文件。加入文件后點 close 返回主界面，展開 “Source Group1”前面 +號，就會看到所加入的文件，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，注意保存時必須在文件名后加上擴展名 .asm(.a51)或 .c；然后選擇菜單 ProjectNew Project… ，建立新工程并保存 (保存時無需加擴展名，也可加上擴展名 .uv2)；工程保存后會立即彈出一個設備選擇對話框，選擇 CPU 后點確定返回主界面。 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、庫管理和一個功能強大的仿真調(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目標文件生成器以及 Monitor5 RTX51實時操作系統(tǒng)。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(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 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、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。 2. 定制自己的元件：有三個個實現(xiàn)途徑，一是用 PROTEUS VSM SDK 開發(fā)仿真模型，并制作元件；另一個是在已有的元件基礎上進行改造，比如把元件改為 bus 接口的；還有一個是利用已制作好 (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：基于單片機的數(shù)字溫度計的設計與實現(xiàn) 8 Proteus 簡單應用 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色方框內(nèi)完成。 完整的 PCB 設計功能 ： 最多可設計 16個銅箔層， 2個絲印層， 4個機械層（含板邊），靈活的布線策略供用戶設置，自動設計規(guī)則檢查， 3D 可視化預覽。 4. 實用的 PCB 設計平臺 原理圖到 PCB 的快速通道： 原理圖設計完成后，一鍵便可進入 ARES 的 PCB 設計環(huán)境，實現(xiàn)從概念到產(chǎn)品的完整設計。 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。 3. 獨特的單片機協(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 /計數(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 文件自行設計仿真器件， Labcenter 也在不斷地發(fā)布新的仿真器件，還可導入第三方發(fā)布的仿真器件。 可輸出高質(zhì)量圖紙：通過個性化設置，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：自動連線功能使連接導線簡單快捷，大大縮短繪圖時間。 4 大功能模塊 1. 智能原理圖設計（ ISIS） 豐富的器件庫：超過 27000種元器件，可方便地創(chuàng)建新元件。對于這樣的仿真實驗．從某種意義上講，是彌補了．實驗和工程應用閹脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。 Proteus 與其它單片機仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機 CPU 的工作情況，也能仿真單片機外圍電路或沒有單片機參與的其它電路的工作情況。 3. 提供軟件調(diào)試功能，同時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)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。 按鍵輸入電路 單 片 機 驅(qū)動電路 顯示電路 測溫電路 擴展接口：對時間和溫度信息定點存儲，并與計算機進行數(shù)據(jù)交 換 時鐘電路 復位電路 報警電路 趙賜明：基于單片機的數(shù)字溫度計的設計與實現(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標電子技術有限公司）。便于單片機處理及控制，在 0—100 攝氏度時，最大線形偏差小于 1 攝氏度，采用單總線的數(shù)據(jù)傳輸，可直接與計算機連接。 3. 溫度傳感器 溫度傳感器采用美國 DALLAS半導體公司生產(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、單片機復位、報警按鍵設置、時鐘振蕩、 LED 顯示、溫度傳感器組成。 系統(tǒng)設計原理與組成 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，然后送到單片機中進行數(shù)據(jù)處理，并與設置的溫度報警限比較，超過限度后通過揚聲器報警。 數(shù)碼管 測溫電路 報警電路 復位電路 單 片 機 ADC0809 按鍵防抖動 晶振電路 江西理工大學應用科學學院畢業(yè)設計 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 進行實時溫度檢測并顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需要設定上下限報警溫度。采用 51 單片機控制， 軟件編程的自由度大，可通過編程實現(xiàn)各種各樣的算術算法和邏輯控制，而且體積小，硬件實現(xiàn)簡單，安裝方便。 DS18B20 的最大特點之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計 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 ,可直接與計算機連接。且該芯片的物理化學性很穩(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：基于單片機的數(shù)字溫度計的設計與實現(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，輸出信號全數(shù)字化。此外還有復位電路，晶振電路，啟動電路等。熱電偶的優(yōu)點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、容易遭受來自導線環(huán)路的噪聲影響以及漂移較高的缺點，并且這種設計需要用到 A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。通過將參考結(jié)點保持在已知溫度并測量該電壓，便可推斷出檢測結(jié)點的溫度。 江西理工大學應用科學學院畢業(yè)設計 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 的實現(xiàn)方案。 七級數(shù)碼管 進行實際溫度值顯示。 55℃ ～＋ 99℃ ，精度為 177。詳細介紹了其硬件和軟件設計，利用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，此傳感器課讀取被測量溫度值，進行轉(zhuǎn)換。 設計內(nèi)容及性能指標 在了解和熟悉 51 單片系統(tǒng)功能的基礎上，掌握 A/D 轉(zhuǎn)換的基本原理及編程方法；掌握利用單片機進行數(shù)據(jù)采集的基本原理及方法；設計一個數(shù)字溫度計（利用 MCS51 單片機、溫度傳感器 AD590， A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 設計一個數(shù)字溫度計，能顯示環(huán)境溫度；設計一個溫度控制器（利用 DS18B20 設計一個溫度控制器，可以顯示環(huán)境溫度，控制升降溫，超溫報警）。與傳統(tǒng)的溫度計相比，其具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準確，輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫要求比較準確的場所，或科研實驗室使用。 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 90 年代中期問世的，它是微電子技術、計算機技術和自動測試技術 (ATE)的結(jié)晶，特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關的溫度控制量，適配各種微控制器 (MCU)。在三大信息信息采集 (即傳感器技術 )、信息傳輸 (通信技術 )和信息處理 (計算機技術 )中，傳感器屬于信息技術的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器技術，在我國各領域已經(jīng)引用的非常廣泛，可以說是滲透到社會的每一個領域，人民的生活與環(huán)境的溫度息 息相關，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實時測量溫度，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核心處理的高端單片機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，而普通的型號出廠價格跌落至 1 美元，最高端的型號也只有 10 美元。隨著 INTEL i960 系列特別是后來的 ARM 系列的廣泛應用， 32 位單片機迅速取代 16 位單片機的高端地位，并且進入主流市場。隨著工業(yè)控制領域要求的提高，開始出現(xiàn)了 16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應用。此后在 8031 上發(fā)展出了 MCS51 系列單片機系統(tǒng)。 早期的單片機都是 8 位或 4 位的。最早的設計理念是 通過將大量外圍設備和CPU 集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。 單片機也被稱為微控制器（ Microcontroller），是因為它最早被用在工業(yè)控制領域。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設備。 單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。成熟的溫控產(chǎn)品主要以 “點位 ”控制及常規(guī)的 PID 控制器為主，它們只能適應一般溫度系統(tǒng)控制，而用于較高控制場合的智能化、自適應控制儀表，國內(nèi)技術還不十分成熟，形成商品化并廣泛應用的控制儀表較少。 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 單片機功能和應用 ， 該電路設計新穎、功能強大、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機