基于單片機的環(huán)境溫度檢測系統的設計說明

1、WORD57/58基于單片機的環(huán)境溫度檢測系統的設計摘要隨著國民經濟的發(fā)展，人們需要對各中加熱爐、熱處理爐、反應爐和鍋爐中溫度進行監(jiān)測和控制。采用單片機來對他們控制不僅具有控制方便，簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術指標，從而能夠大大的提高產品的質量和數量。在日常生活與工業(yè)生產過程中，經常要用到溫度的檢測與控制，溫度是生產過程和科學實驗中普遍而且重要的物理參數之一。在生產過程中，為了高效地進行生產，必須對它的主要參數，如溫度、壓力、流量等進行有效的控制。溫度控制在生產過程中占有相當大的比例。溫度測量是溫度控制的基礎，技術已經比較成熟。傳統的測溫元件有熱電偶和二電阻。而熱電偶

2、和熱電阻測出的一般都是電壓，再轉換成對應的溫度，這些方法相對比較復雜，需要比較多的外部硬件支持。我們用一種相對比較簡單的方式來測量。 我們采用美國DALLAS半導體公司繼DS18B20之后推出的一種改進型智能溫度傳感器DS18B20作為檢測元件，溫度圍為-55125 C,最高分辨率可達0.0625 C。DS18B20可以直接讀出北側溫度值，而且采用三線制與單片機相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點。本文介紹一種基于AT89C51單片機的一種溫度測量與報警電路,該電路采用DS18B20作為溫度監(jiān)測元件，測量圍0-+100，使用LED模塊顯示，能設置溫度報警上下限。正文著重給出了軟

3、硬件系統的各部分電路，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、結構簡單。關鍵詞：溫度測量；DS18B20；AT89C51Design of Digital Thermomer Based on SCMAbstractAlong with national economy development, the people need to each heating furnace、the heat-treatment furnace、in the reactor and the boiler the temperature carry on

4、 the monitor and the control. Not only uses the monolithic integrated circuit to come to them to control has the control to be convenient, simple and flexibility big and so on merits, moreover may enhance large scale is accused the temperature technical specification, thus can big enhance the produc

5、t the quality and quantity.In daily life and industrial production process, often used in the detection and control of temperature, temperature is the production process and scientific experiments in general and one of the important physical parameter. In the production process, in order to efficien

6、tly carry out the production, to be its main parameters, such as temperature, pressure, flow control, etc. Temperature control in the production process of a large proportion. Temperature measurement is the basis of temperature-controlled, more mature technology.Traditional thermocouple and temperat

7、ure components are the second resistor.The thermocouple and thermal resistance are generally measured voltage, and then replaced by the corresponding temperature, these methods are relatively complex, requiring a relatively large number of external hardware support. We use a relatively simple way to

8、 measure. We use the United States following DALLAS Semiconductor DS1820 improved after the introduction of a smart temperature sensor DS18B20 as the detection element, a temperature range of -55 125 C, up to a maximum resolution of 0.0625 C. DS18B20 can be directly read out the temperature on the n

9、orth side, and three-wire system with single-chip connected to a decrease of the external hardware circuit, with low-cost and easy use.The introduction of a cost-based AT89C51 MCU a temperatur measurement circuits, the circuits used DS18B20 high-precision temperatur sensor, measuring scope 0-+100,ca

10、n set the warning limitation, the use of seven segments LED that can be display the current temperature. The paper focuses on providing a software and hardware system components circuit, introduced the theory of DS18B20, the founctions and applications of AT89C51 .This circuit design innovative, pow

11、erful, can be expansionary strong.Keywords：Temperatur measurement； DS18B20; AT89C51Temperatur measurement； DS18B20; LED不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印目錄摘要IAbstractII TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc265827828 第1章緒論 PAGEREF _Toc265827828 h 5HYPERLINK l _Toc265827829 1.1課題背景與研究意義 PAGEREF _Toc265827829 h 5HYPERLINK

12、l _Toc265827830 1.2國外現狀 PAGEREF _Toc265827830 h 5HYPERLINK l _Toc265827831 1.3課題的設計目的 PAGEREF _Toc265827831 h 6HYPERLINK l _Toc265827832 1.4課題的主要工作 PAGEREF _Toc265827832 h 6HYPERLINK l _Toc265827833 1.5本文研究容 PAGEREF _Toc265827833 h 6HYPERLINK l _Toc265827834 第2章開發(fā)工具Proteus與Keil PAGEREF _Toc265827834

13、 h 8HYPERLINK l _Toc265827835 2.1 Proteus軟件 PAGEREF _Toc265827835 h 8HYPERLINK l _Toc265827836 2.1.1 Proteus簡介 PAGEREF _Toc265827836 h 8HYPERLINK l _Toc265827837 2.1.2 4大功能模塊 PAGEREF _Toc265827837 h 8HYPERLINK l _Toc265827838 2.1.3 ISIS智能原理圖輸入系統 PAGEREF _Toc265827838 h 10HYPERLINK l _Toc265827839 2.

14、1.4 Proteus簡單應用 PAGEREF _Toc265827839 h 10HYPERLINK l _Toc265827840 2.2 Keil軟件 PAGEREF _Toc265827840 h 11HYPERLINK l _Toc265827841 2.2.1 Keil軟件簡介 PAGEREF _Toc265827841 h 11HYPERLINK l _Toc265827842 2.2.2 Keil軟件調試功能 PAGEREF _Toc265827842 h 11HYPERLINK l _Toc265827843 2.3本章小結 PAGEREF _Toc265827843 h 1

15、2HYPERLINK l _Toc265827844 第3章 系統概述 PAGEREF _Toc265827844 h 13HYPERLINK l _Toc265827845 3.1方案選擇 PAGEREF _Toc265827845 h 13HYPERLINK l _Toc265827846 3.1.1方案一 PAGEREF _Toc265827846 h 13HYPERLINK l _Toc265827847 3.1.2方案二 PAGEREF _Toc265827847 h 14HYPERLINK l _Toc265827848 3.2系統設計原理 PAGEREF _Toc26582784

16、8 h 14HYPERLINK l _Toc265827849 3.3系統組成 PAGEREF _Toc265827849 h 14HYPERLINK l _Toc265827850 3.4 DS18B20溫度傳感器與單片機的接口電路 PAGEREF _Toc265827850 h 15HYPERLINK l _Toc265827851 3.5本章小結 PAGEREF _Toc265827851 h 16HYPERLINK l _Toc265827852 第4章 系統硬件設計 PAGEREF _Toc265827852 h 17HYPERLINK l _Toc265827853 4.1 80C

17、51單片機的介紹 PAGEREF _Toc265827853 h 17HYPERLINK l _Toc265827854 4.1.1 80C51單片機主要特性 PAGEREF _Toc265827854 h 18HYPERLINK l _Toc265827855 4.1.2 80C51單片機管腳圖 PAGEREF _Toc265827855 h 19HYPERLINK l _Toc265827856 4.1.3 80C51單片機的中斷系統 PAGEREF _Toc265827856 h 21HYPERLINK l _Toc265827857 4.1.4 80C51單片機的定時/計數器 PAGE

18、REF _Toc265827857 h 21HYPERLINK l _Toc265827858 4.2 LCD液晶顯示器簡介 PAGEREF _Toc265827858 h 21HYPERLINK l _Toc265827859 4.2.1液晶模塊簡介 PAGEREF _Toc265827859 h 22HYPERLINK l _Toc265827860 4.2.2液晶顯示部分與89C51的接口 PAGEREF _Toc265827860 h 23HYPERLINK l _Toc265827861 4.3通訊模塊 PAGEREF _Toc265827861 h 24HYPERLINK l _T

19、oc265827862 4.4 DS18B20介紹 PAGEREF _Toc265827862 h 25HYPERLINK l _Toc265827863 4.4.1溫度傳感器工作原理 PAGEREF _Toc265827863 h 25HYPERLINK l _Toc265827864 4.4.2 DS18B20相關介紹 PAGEREF _Toc265827864 h 27HYPERLINK l _Toc265827865 4.4.3 DS18B20使用中的注意事項 PAGEREF _Toc265827865 h 28HYPERLINK l _Toc265827866 4.5本章小結 PAG

20、EREF _Toc265827866 h 28HYPERLINK l _Toc265827867 第5章 系統軟件設計 PAGEREF _Toc265827867 h 30HYPERLINK l _Toc265827868 5.1主程序設計 PAGEREF _Toc265827868 h 30HYPERLINK l _Toc265827869 5.2 DS18B20初始化 PAGEREF _Toc265827869 h 31HYPERLINK l _Toc265827870 5.3數據測試 PAGEREF _Toc265827870 h 32HYPERLINK l _Toc265827871

21、5.4仿真結果 PAGEREF _Toc265827871 h 32HYPERLINK l _Toc265827872 5.5本章小結 PAGEREF _Toc265827872 h 34HYPERLINK l _Toc265827873 結論 PAGEREF _Toc265827873 h 35HYPERLINK l _Toc265827874 致 PAGEREF _Toc265827874 h 36HYPERLINK l _Toc265827875 參考文獻 PAGEREF _Toc265827875 h 37HYPERLINK l _Toc265827876 附錄A PAGEREF _T

22、oc265827876 h 38HYPERLINK l _Toc265827877 附錄B PAGEREF _Toc265827877 h 45HYPERLINK l _Toc265827878 附錄C PAGEREF _Toc265827878 h 50HYPERLINK l _Toc265827879 附錄D PAGEREF _Toc265827879 h 51千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。在目錄上點右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行第1章 緒論1.1課題背景與研究意義隨著新技術的不斷開發(fā)與應用，近年來單片機發(fā)展十分

23、迅速，一個以微機應用為主的新技術革命浪潮正在蓬勃興起，單片機的應用已經滲透到電力、冶金、化工、建材、機械、食品、石油等各個行業(yè)。傳統的溫度采集方法不僅費時費力，而且精度差，單片機的出現使得溫度的采集和數據處理問題能夠得到很好的解決。溫度是工業(yè)對象中的一個重要的被控參數。然而所采用的測溫元件和測量方法也不一樣；產品的工藝不同，控制溫度的精度也不一樣。因此對數據采集的精度和采用的控制方法也不一樣。傳統的控制方式以不能滿足高精度，高速度的控制要求，如溫度控制表溫度接觸器，其主要缺點是溫度波動圍大，由于他主要通過控制接觸器的通斷時間比例來達到改變加熱功率的目的，受儀表本身誤差和交流接觸器的壽命限制，通

24、斷頻率很低。近幾年來快速發(fā)展了多種先進的溫度控制方式，如：PID控制，模糊控制，神經網絡與遺傳算法控制等。這些控制技術大大的提高了控制精度，不但使控制變得簡便，而且使產品的質量更好，降低了產品的成本，提高了生產效率。本系統所使用的加熱器件是電爐絲，功率為三千瓦，要求溫度在4001000。靜態(tài)控制精度為2.43。本設計使用單片機作為核心進行控制。單片機具有集成度高，通用性好，功能強，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強和使用方便等獨特優(yōu)點，在數字、智能化方面有廣泛的用途。1.2國外現狀溫度控制系統在國各行各業(yè)的應用雖然已經十分廣泛，但從國生產的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高

25、，同日本、美國、德國等先進國家相比，仍然有著較大的差距。成熟的溫控產品主要以“點位”控制與常規(guī)的PID控制器為主，它們只能適應一般溫度系統控制，而用于較高控制場合的智能化、自適應控制儀表，國技術還不十分成熟，形成商品化并廣泛應用的控制儀表較少。隨著我國經濟的發(fā)展與加入WTO，我國政府與企業(yè)對此都非常重視，對相關企業(yè)資源進行了重組，相繼建立了一些國家、企業(yè)的研發(fā)中心，開展創(chuàng)新性研究，使我國儀表工業(yè)得到了迅速的發(fā)展。單片機是指一個集成在一塊HYPERLINK :/baike.baidu /view/26651.htm t _blank 芯片上的完整計算機HYPERLINK :/baike.baid

26、u /view/25302.htm t _blank 系統。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：HYPERLINK :/baike.baidu /view/2089.htm t _blank CPU、HYPERLINK :/baike.baidu /view/1082.htm t _blank 存、部和外部HYPERLINK :/baike.baidu /view/1389.htm t _blank 總線系統，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、HYPERLINK :/baike.baidu /view/281961.htm t _bla

27、nk 定時器，實時時鐘等外圍設備。而現在最強大的單片機系統甚至可以將聲音、圖像、網絡、復雜的輸入輸出系統集成在一塊芯片上。單片機也被稱為HYPERLINK :/baike.baidu /view/368297.htm t _blank 微控制器（Microcontroller），是因為它最早被用在工業(yè)控制領域。單片機由芯片僅有CPU的專用HYPERLINK :/baike.baidu /view/50152.htm t _blank 處理器發(fā)展而來。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。INTEL的Z80

28、是最早按照這種思想設計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。早期的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機系統?；谶@一系統的單片機系統直到現在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領域要求的提高，開始出現了16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應用。90年代后隨著消費電子產品大發(fā)展，單片機技術得到了巨大的提高。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。而傳統的8位單片機的性能也得到了飛速提高

29、，處理能力比起80年代提高了數百倍。目前，高端的32位單片機主頻已經超過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。當代單片機系統已經不再只在裸機環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統被廣泛應用在全系列的單片機上。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。 1.3課題的設計目的1. 鞏固、加深和擴大單片機應用的知識面，提高綜合與靈活運用所學知識解決工業(yè)控制的能力。2. 培養(yǎng)針對課題需要，選擇和查閱有關手冊、圖表與文獻資料的自學能力，提高組成系統、編程、調試的動手能力。

30、3. 通過對課題設計方案的分析、選擇、比較、熟悉單片機用系統開發(fā)、研制的過程，軟硬件設計的方法、容與步驟。1.4課題的主要工作本課題的研究重點是設計一種基于單片機的數字溫度計控制系統。利用數字溫度傳感器DS18B20，此傳感器課讀取被測量溫度值，進行轉換。主要工作如下：1. 溫度測試基本圍0100。2. 精度誤差小于1。3. LED液晶顯示。4. 可以設定溫度的上下限報警功能。5. 實現報警提示。1.5本文研究容數字溫度計采用溫度敏感元件也就是溫度傳感器（如鉑電阻，熱電偶，半導體，熱敏電阻等），將溫度的變化轉換成電信號的變化，如電壓和電流的變化，溫度變化和電信號的變化有一定的關系，如線性關系，

31、一定的曲線關系等，這個電信號可以使用模數轉換的電路即A/D轉換電路將模擬信號轉換為數字信號，數字信號再送給處理單元，如單片機或者PC機等，處理單元經過部的軟件計算將這個數字信號和溫度聯系起來，成為可以顯示出來的溫度數值，如25.0攝氏度，然后通過顯示單元，如LED,LCD或者電腦屏幕等顯示出來給人觀察。這樣就完成了數字溫度計的基本測溫功能。 本文是基于AT89S51單片機，采用數字溫度傳感器DS18B20，利用DS18B20不需要A/D轉換，課直接進行溫度采集顯示，報警的數字溫度計設計。包括傳感器數據采集電路，溫度顯示電路，上下限報警調整電路，單片機主板電路等組成。第2章 開發(fā)工具Proteu

32、s與Keil2.1 Proteus軟件2.1.1 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風標電子技術）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機與外圍器件。它是目前最好的仿真單片機與外圍器件的工具。雖然目前國推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現了從概念到產品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、P

33、CB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。 該軟件的特點是：1. 實現了單片機仿真和SPICE電路仿真相結合，具有模擬電路仿真、數字電路仿真、各種單片機(51系列、AVR、PIG等常用的MCU)與其外圍電路(如LCD、RAM、ROM、鍵盤、LED、A/D、D/A)組成的系統仿真。2. 提供了多種虛擬儀器。如示波器、

34、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等，調試非常方便。3. 提供軟件調試功能，同時支持第三方的軟件編譯和調試環(huán)境，如Keil等軟件。4. 具有強大的原理圖繪制功能。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。因此在仿真和程序調試時，關心的不再是某些語句執(zhí)行時單片機寄存器和存儲器容的改變,而是從工程的角度直接看程序運行和電路工作的過程和結果。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)的矛盾和現象。同時，當硬件調試成功后，利用Proteus ARES軟件，很容易獲得其PCB圖，為今后的制造提供了方

35、便。2.1.2 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。 智能的器件搜索：通過模糊搜索可以快速定位所需要的器件。 智能化的連線功能：自動連線功能使連接導線簡單快捷，大大縮短繪圖時間。 支持總線結構：使用總線器件和總線布線使電路設計簡明清晰。 可輸出高質量圖紙：通過個性化設置，可以生成印刷質量的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)標準SPICE3F5，實現數字/模擬電路的混合仿真。 超過27000個仿真器件：可以通過部原型

36、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。 多樣的激勵源：包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、音頻（使用wav文件）、指數信號、單頻FM、數字時鐘和碼流，還支持文件形式的信號輸入。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、信號發(fā)生器、直流電壓/電流表、交流電壓/電流表、數字圖案發(fā)生器、頻率計/計數器、邏輯探頭、虛擬終端、SPI調試器、I2C調試器等。 生動的仿真顯示：用色點顯示引腳的數字電平，導線以不同顏色表示其對地電壓大小，結合動態(tài)器件（如電機、顯示器件、按鈕）的使用可以使仿真更加直觀、生

37、動 高級圖形仿真功能（ASF）：基于圖標的分析可以精確分析電路的多項指標，包括工作點、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. 獨特的單片機協同仿真功能（VSM）支持主流的CPU類型：如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、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。 支持通用外設模型：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/伺服電機、RS232虛擬終端、電子溫度計等

38、等，其COMPIM（COM口物理接口模型）還可以使仿真電路通過PC機串口和外部電路實現雙向異步串行通信。 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。 編譯與調試：支持單片機匯編語言的編輯/編譯/源碼級仿真，帶8051、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）結合，進行高級語言的源碼級仿真和調試。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，實現從概念到產品的完整設計。

39、先進的自動布局/布線功能：支持器件的自動/人工布局；支持無網格自動布線或人工布線；支持引腳交換/門交換功能使PCB設計更為合理。 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。 多種輸出格式的支持：可以輸出多種格式文件，包括Gerber文件的導入或導出，便利與其它PCB設計工具的互轉（如protel）和PCB板的設計和加工。 2.1.3 ISIS智能原理圖輸入系統ISIS是PROTEUS系統的中心,它遠不僅是一個圖表庫。它是具有控制原理圖畫圖的外觀的超強的設計環(huán)境。無論用戶的要快速實現復雜設計的仿真

40、以與PCB設計,還是設計精美的原理圖以供出版,ISIS都可以很好的完成。ISIS提供給用戶圖形外觀包括線寬、填充類型、字符等的全部控制，使用戶能夠生成如雜志上看到一樣精美的原理圖，遠勝過CAD軟件繪制出的稀薄的線條。畫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成為制作技術文件，學術論文，項目報告的理想工具，也是PCB設計的一個出色的前端。畫圖的外形由風格模板定義。此外，此方案允許用戶定制元件庫提供的庫部件的外觀。2.1.4 Proteus簡單應用圖2-1 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完成。原理圖編輯窗口的操作是不

41、同于常用的WINDOWS應用程序的，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；右鍵拖選多個元件；先右鍵后左鍵編輯元件屬性；先右鍵后左鍵拖動元件；連線用左鍵，刪除用右鍵；改連接線：先右擊連線，再左鍵拖動；中鍵放縮原理圖。2. 定制自己的元件：有三個個實現途徑，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，我們可以到網上下載一些新元件并把它們添加到自己的元件庫里面。3. Sub-Circuits應用：用一個子電路可以把部分電路封裝起來，這樣可以節(jié)省原理圖窗口的

42、空間。2.2 Keil軟件2.2.1 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，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。Keil C51軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發(fā)調試工具，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生成的目標代碼效率非常之高，多數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高級語言的優(yōu)勢。Keil C51軟件是一個基于32位Windows環(huán)境

43、的應用程序，支持C語言和匯編語言編程，其6.0以上的版本將編譯和仿真軟件統一為Vision(通常稱為V2)。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試器等在的完整開發(fā)方案，由以下幾部分組成：Vision 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目標文件生成器以與 Monitor-51、RTX51實時操作系統。2.2.2 Keil軟件調試功能應用Keil進行軟件仿真開發(fā)的主要步驟為：編寫源程序并保存建立工程并添加源文件設置工程編譯/匯編、連接，產生目標文件程序調試。Keil使用“工程”(Project)的概念，

44、對工程(而不能對單一的源程序)進行編譯/匯編、連接等操作。工程的建立、設置、編譯/匯編與連接產生目標文件的方法非常易于掌握。首先選擇菜單File-New，在源程序編輯器中輸入匯編語言或C語言源程序(或選擇File-Open，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Project-New 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。這時工程管理窗口的文件頁(Files)會出現“Target1”，將其前面+號展

45、開，接著選擇Source Group1，右擊鼠標彈出快捷菜單，選擇“Add File to Group Source Group1”，出現一個對話框，要求尋找并加入源文件(在加入一個源文件后，該對話框不會消失，而是等待繼續(xù)加入其它文件)。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。緊接著對工程進行設置，選擇工程管理窗口的Target1，再選擇Project-Option for TargetTarget1(或點右鍵彈出快捷菜單再選擇該選項)，打開工程屬性設置對話框，共有8個選項卡，主要設置工作包括在Tar

46、get選項卡中設置晶振頻率、在Debug選項卡中設置實驗仿真板等，如要寫片，還必須在Output選項卡中選中“Creat Hex Fi”；其它選項卡容一般可取默認值。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、連接以與產生目標文件。成功編譯/匯編、連接后，選擇菜單Debug-Start/Stop Debug Session(或按Ctrl+F5鍵)進入程序調試狀態(tài)，Keil提供對程序的模擬調試功能，建一個功能強大的仿真CPU以模擬執(zhí)行程序。Keil能以單步執(zhí)行(按F11或選擇Debug-Step)、過程單步執(zhí)行(按F10或選擇Debug-Step Over)、全速執(zhí)行等多種運

47、行方式進行程序調試。如果發(fā)現程序有錯，可采用在線匯編功能對程序進行在線修改(Debug-Inline Assambly)，不必執(zhí)行先退出調試環(huán)境、修改源程序、對工程重新進行編譯/匯編和連接、然后再次進入調試狀態(tài)的步驟。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)行方式進行調試的程序行，可采用斷點設置的方法處理(Debug-Insert/Remove Breakpoint或Debug-Breakpoints等)。在模擬調試程序后，還須通過編程器將.hex目標文件燒寫入單片機中才能觀察目標樣機真實的運行狀況。2.3本章小結本章主要簡單介紹了研究本課題需要用到的仿真軟件Pro

48、teus和編譯軟件Keil，了解了這兩種軟件發(fā)展，功能和初步用法，了解了proteus的四大功能模塊，以與keil的調試功能等，為以后設計打好基礎。相信通過后面的學習會有更深體會。系統概述3.1方案選擇該系統主要由溫度測量和數據采集兩部分電路組成，實現的方法有很多種，下面將列出兩種在日常生活中和工農業(yè)生產中經常用到的實現方案。3.1.1方案一采用熱電偶溫差電路測溫，溫度檢測部分可以使用低溫熱偶，熱電偶由兩個焊接在一起的異金屬導線所組成，熱電偶產生的熱電勢由兩種金屬的接觸電勢和單一導體的溫差電勢組成。通過將參考結點保持在已知溫度并測量該電壓，便可推斷出檢測結點的溫度。數據采集部分則使用帶有A/D

49、 通道的單片機，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D 轉換后，就可以用單片機進行數據的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來。熱電偶的優(yōu)點是工作溫度圍非常寬，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)路的噪聲影響以與漂移較高的缺點，并且這種設計需要用到A/D 轉換電路，感溫電路比較麻煩。系統主要包括對A/D0809 的數據采集，自動手動工作方式檢測，溫度的顯示等，這幾項功能的信號通過輸入輸出電路經單片機處理。此外還有復位電路，晶振電路，啟動電路等。故現場輸入硬件有手動復位鍵、A/D 轉換芯片，處理芯片為51 芯片，執(zhí)行機構有4 位數碼管、報警器等。1系統框圖如

50、圖 3-1所示。圖 3-1 熱電偶溫差電路測溫系統框圖3.1.2方案二采用數字溫度芯片DS18B20 測量溫度，輸出信號全數字化。便于單片機處理與控制，省去傳統的測溫方法的很多外圍電路。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。在0100 攝氏度時，最大線形偏差小于1 攝氏度。DS18B20 的最大特點之一采用了單總線的數據傳輸，由數字溫度計DS18B20和微控制器AT89S51構成的溫度測量裝置,它直接輸出溫度的數字信號,可直接與計算機連接。這樣,測溫系統的結構就比較簡單,體積也不大。采用51 單片機控制，軟件編程的自由度大，可通過編程實現各種各樣的算術算法和邏輯控制

51、，而且體積小，硬件實現簡單，安裝方便。既可以單獨對多DS18B20控制工作，還可以與PC 機通信上傳數據，另外AT89S51 在工業(yè)控制上也有著廣泛的應用，編程技術與外圍功能電路的配合使用都很成熟。1該系統利用AT89S51芯片控制溫度傳感器DS18B20進行實時溫度檢測并顯示，能夠實現快速測量環(huán)境溫度，并可以根據需要設定上下限報警溫度。該系統擴展性非常強，它可以在設計中加入時鐘芯片DS1302以獲取時間數據，在數據處理同時顯示時間，并可以利用AT24C16芯片作為存儲器件，以此來對某些時間點的溫度數據進行存儲，利用鍵盤來進行調時和溫度查詢，獲得的數據可以通過MAX232芯片與計算機的RS23

52、2接口進行串口通信，方便的采集和整理時間溫度數據。從以上兩種方案，容易看出方案一的測溫裝置可測溫度圍寬、體積小，但是線性誤差較大。方案二的測溫裝置電路簡單、精確度較高、實現方便、軟件設計也比較簡單，故本次設計采用了方案二。3.2系統設計原理利用溫度傳感器DS18B20可以直接讀取被測溫度值，進行轉換的特性，模擬溫度值經過DS18B20處理后轉換為數字值，然后送到單片機中進行數據處理，并與設置的溫度報警限比較，超過限度后通過揚聲器報警。同時處理后的數據送到LED中顯示。3.3系統組成本課題以是80C51單片機為核心設計的一種數字溫度控制系統，系統整體硬件電路包括，傳感器數據采集電路，溫度顯示電路

53、，上下限報警調整電路，單片機主板電路等組成。系統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。系統框圖如圖3-2所示。圖3-2 系統基本方框圖主控制器單片機AT89C51具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統的設計需要，很適合便攜手持式產品的設計使用系統可用二節(jié)電池供電。顯示電路顯示電路采用LED液晶顯示數碼管，從P3口RXD,TXD串口輸出段碼。顯示電路是使用的串口顯示，這種顯示最大的優(yōu)點就是使用口資源比較少，只用p3口的RXD,和TXD,串口的發(fā)送和接收，四只數碼管采用74LS164右移寄存器驅動，顯示比較清晰。溫度傳感器溫

54、度傳感器采用美國DALLAS半導體公司生產的DS18B20溫度傳感器。DS18B20輸出信號全數字化。便于單片機處理與控制，在0100 攝氏度時，最大線形偏差小于1 攝氏度，采用單總線的數據傳輸，可直接與計算機連接。用AT89S51芯片控制溫度傳感器DS18B20進行實時溫度檢測并顯示，能夠實現快速測量環(huán)境溫度，并可以根據需要設定上下限報警溫度。獲得的數據可以通過MAX232芯片與計算機的RS232接口進行串口通信，方便的采集和整理時間溫度數據。3.4 DS18B20溫度傳感器與單片機的接口電路DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時DS18B20的1腳接地，2腳作為信

55、號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖3-3 所示單片機端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時鐘周期提供足夠的電流，可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉。2當DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D轉換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方式時VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。圖3-3 DS18B20與單片機的接口電路3.5本章小結本章簡述了數字溫度控制系統的設計思路，設計方案選擇，以與系統的組成、設計原理，詳細介紹了主板電路和顯示電路的結構，并簡單介紹了數字溫度傳感器DS18B20的特點。并通過框圖形式

56、更直觀、更形象地描述了系統的整體組成。 系統硬件設計4.1 80C51單片機的介紹80C51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商，譬如 SST、Philip、Atmel 等大公司。如是市面上出現了各式各樣的但均以51 為核的單片機，倒是Intel 公司自己的單片機卻顯得遜色了。這些各大電子生產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部結構是與51 一致的。80C51有40個引腳，4個8位并行I/O口，1個全雙工異步串行口，同時含5個中斷源，2個優(yōu)先級，2個16位定時/計數器。80C51的存儲器系

57、統由4K的程序存儲器(掩膜ROM)，和128B的數據存儲器(RAM)組成。380C51單片機的基本組成框圖見圖4-1。3圖4-1 80C51單片機結由圖4-1可見，8051單片機主要由以下幾部分組成：cpu系統 8位cpu，含布爾處理器； 時鐘電路； 總線控制邏輯。存儲器系統 4K字節(jié)的程序存儲器（ROM/EPROM/Flash，可外擴至64KB）； 128字節(jié)的數據存儲器（RAM，可再外擴64KB）； 特殊功能寄存器SFR。I/O口和其他功能單元 4個并行I/O口； 2個16位定時計數器； 1個全雙工異步串行口； 中斷系統（5個中斷源，2個優(yōu)先級）。4.1.1 80C51單片機主要特性1.

58、一個8 位的微處理器(CPU)。2. 片數據存儲器RAM(128B)，用以存放可以讀寫的數據，如運算的中間結果、最終結果以與欲顯示的數據等，SST89 系列單片機最多提供1K 的RAM。3. 片程序存儲器ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始數據和表格。但也有一些單片機部不帶ROM/EPROM，如8031，8032，80C31 等。目前單片機的發(fā)展趨勢是將RAM 和ROM 都集成在單片機里面，這樣既方便了用戶進行設計又提高了系統的抗干擾性。SST 公司推出的89 系列單片機分別集成了16K、32K、64K Flash 存儲器，可供用戶根據需要選用。4. 四個8 位并行IO 接口P0P3，每個

59、口既可以用作輸入，也可以用作輸出。5. 兩個定時器計數器，每個定時器計數器都可以設置成計數方式，用以對外部事件進行計數，也可以設置成定時方式，并可以根據計數或定時的結果實現計算機控制。為方便設計串行通信，目前的52 系列單片機都會提供3 個16 位定時器/計數器。6. 五個中斷源的中斷控制系統?，F在新推出的單片機都不只5 個中斷源，例如SST89E58RD 就有9 個中斷源。7. 一個全雙工UART(通用異步接收發(fā)送器)的串行IO 口，用于實現單片機之間或單機與微機之間的串行通信。8. 片振蕩器和時鐘產生電路，但石英晶體和微調電容需要外接。最高允許振蕩頻率為12MHz。SST89V58RD 最

60、高允許振蕩頻率達40MHz，因而大大的提高了指令的執(zhí)行速度。34.1.2 80C51單片機管腳圖圖4-2 80C51單片機管腳圖部分引腳說明：時鐘電路引腳XTAL1 和XTAL2：XTAL2(18 腳)：接外部晶體和微調電容的一端；在8051 片它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。若需采用外部時鐘電路時，該引腳輸入外部時鐘脈沖。要檢查8051/8031 的振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2 端是否有脈沖信號輸出。XTAL1(19 腳)：接外部晶體和微調電容的另一端；在片它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時鐘時，該引腳必須接地。控制信號引腳RST,