基于單片機的多點溫度測量系統(tǒng)

目錄ＴO(shè)C\o"1－3＂\h＼z\uTＯC\ｏ＂1－3"\ｈ＼z＼uHYPERＬINK\l"_Toc3２4757745"摘要?ＰAGEＲEF_Ｔoc32４757７4５＼h1HYPＥRLIＮKAbsｔrａct?PAGEＲEF_Toc324757746\h2HYPERLINＫ\l＂_Toc32４７57747＂1緒論 PＡGＥＲEF＿Toc３24757７４7\ｈ３HYＰＥRLＩNＫ\ｌ"＿Ｔoc３24757７48＂１.1國內(nèi)外溫度測量技術(shù)發(fā)展狀況 PAＧEREF_Toc3２４757748＼h３HYＰERＬINＫ1．2課題研究的意義和目的?PＡGEREF_Toｃ324757749\h４ＨYＰERLIＮK1．3課題研究的內(nèi)容及研究方法 PAGEREＦ_Toｃ3２475７7５0\h5HYPERLINK＼ｌ"_Toc32475７75１"1.４論文結(jié)構(gòu)安排 PＡGEREF_Toｃ32475７751＼ｈ5HYPERLINＫ\l"_Ｔoc324７57７52"2基礎(chǔ)知識介紹?PＡＧＥRＥＦ_Toc３247５7７52\ｈ６HYPＥRLIＮＫ2.1單片機簡介?PAＧEREF_Ｔoc32475775３\h6ＨYPERLＩＮＫ\l＂＿Toc324757754"２.1．1單片機技術(shù)的發(fā)展?ＰAＧＥＲEＦ＿Ｔｏｃ３２475７754\h6_Tｏc3２4757７56＂2.２AT89C5１簡介?PＡＧEREF_Toｃ3247５7756＼h7HＹPERＬＩNK\l＂＿Ｔoc324７５7757"2．2．1AＴ89C５１主要特性 ＰＡGＥRＥＦ_Toc324７５7７57＼ｈ8HYPEＲLＩNＫ2.2.2AT89Ｃ51管腳說明?PAGEＲＥF_Toc3２47577５８＼ｈ8ＨYPERLINK\ｌ＂_Tｏc3２4７5７７59"2．3DＳ18Ｂ20簡介 PAGＥRＥF_Toc3247577５9\h9HYPEＲLIＮK\l"＿Toc３24757760"2.3.1DＳ18B20的結(jié)構(gòu)和特點?PAGEREF_Toｃ324７57760\h10HYPEＲLINK\l"＿Ｔoｃ3２４7５7７61"2.3．2ＤS18B20工作原理 PAGEＲEF＿Toｃ324７5７７61＼h13HＹPERLINK＼l"_Toc３2475７76２"2.4Ｐrotｅｕs軟件簡介 ＰＡGEREF_Ｔoc3２475７７62\h16ＨYPＥRＬＩNK\l＂_Tｏc３24757７63"2.4.1PＲOＴＥUＳ特點 PAGERＥF_Toｃ3247５７7６3\h１6HＹPＥRLＩNK3硬件設(shè)計?ＰＡGEREF＿Toc3２47５776４\h1７HYPERLIＮＫ＼ｌ"＿Toc324757765＂3．1硬件系統(tǒng)設(shè)計思想 PAGＥREＦ_Ｔｏc3247５7765＼h1７HYPERLINK\l＂_Toc32４757766"3．2單片機最小系統(tǒng) PAGEREF_Ｔｏc３２47５7766＼h1７３．3溫度測量模塊?PAGＥRＥF_Toc3247５７768\h19HYPＥＲLINK\ｌ"_Ｔoc3247577６9＂3.4按鍵設(shè)置模塊 PAGＥRＥF_Tｏc324757７69\h1９3.５顯示模塊?PAGEＲEF_Ｔｏc324757770＼h20HＹＰERLＩNK\ｌ"_Toc3２475７7７1"3.5.２ＬCＤLM016L引腳定義?PAGＥREＦ＿Toc32４757７7１\ｈ２0HYPＥRLINＫ\l＂＿Tｏc３2４７57772＂３.5．3LＣD顯示電路 PＡGERＥF＿Toc324757772\h21ＨYPERLINＫ\ｌ"_Ｔoc3247577７3＂3.6報警模塊?PAGERＥF_Tｏc32４７577７3＼h２2HYPERＬIＮK4軟件設(shè)計 PＡGEREF＿Ｔoc324757７７4＼ｈ23HYＰERＬINＫ\l＂_Tｏc32475７775"4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計思想?ＰAGEＲEF＿Toc32４757７75\h23HＹPＥＲLINＫ＼l"_Tｏｃ32４７57776＂4.２測溫模塊程序 PＡGＥREF_Toc32４７５7７76＼h24ＨYPERＬINK4．3顯示模塊程序?PAGEＲEF_Toｃ３2４７５7777\h25HYＰERLINK\l"_Ｔoc324７57778＂4.4按鍵模塊 PＡGＥＲEＦ＿Toc３2475777８\h26ＨYPＥＲLINK\ｌ＂_Toｃ32４7５777９"5系統(tǒng)調(diào)試?PAGEＲEF_Tｏc324757７79\h2７ＨYPERLINK＼ｌ"_Toc324７５778０"6總結(jié) PＡGEREF_Toｃ3２4757780\h３0HYPERLIＮK參考文獻 PAGEＲＥF_Toc324757７81\h30HYPEＲLIＮK＼l"_Toc３24757782"謝辭?ＰAGＥＲEF_Toc32475７78２\h3０摘要在日常生活及工業(yè)生產(chǎn)中,經(jīng)常涉及到溫度的測量及控制，溫度是生產(chǎn)過程和科學實驗中普遍而且重要的物理參數(shù)之一。在工業(yè)生產(chǎn)過程中,為了高效地進行生產(chǎn)，常常會對其參數(shù)，如溫度、壓力、流量等進行合理的監(jiān)測與控制。溫度控制在生產(chǎn)過程中占有相當大的比例。溫度測量是溫度控制的基礎(chǔ),技術(shù)已經(jīng)比較成熟。該設(shè)計介紹了一種利用單片機ＡT８9C５1組成的高精度溫度測量系統(tǒng),從硬件和軟件兩方面介紹了單片機溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計思路。著重介紹了硬件電路和程序框圖,闡述了系統(tǒng)的工作原理、設(shè)計思想及實現(xiàn)方法。系統(tǒng)由DＳ18B2０溫度傳感器芯片測量當前的溫度,并將結(jié)果送入單片機。然后通過單片機對送來的溫度進行計算和轉(zhuǎn)換,并將此結(jié)果送入液晶顯示模塊。最后，由16０2液晶顯示器將溫度顯示出來。它可以實時顯示和設(shè)定溫度上下限,實現(xiàn)對當前溫度的監(jiān)測，當溫度值超出上、下限時自動報警，實現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、控制精度高的要求。關(guān)鍵詞:AT８９Ｃ５1單片機；DS1８B20溫度傳感器；溫度測量AbstｒaｃｔTｈedetectionａｎｄcoｎtroloftempｅratｕreｉsｏfteｎusedｉndailylifeａnｄiｎｄustｒialpｒoducｔiｏnprｏcｅss,temperatureiｓｏneoftheｉｍportantphyｓicalｐarａmeteｒsoftｈeｐroｄuｃtｉonpｒocessandｓciｅntifiｃeｘｐerｉｍｅntsgeｎerally.Duｒｉnｇtheprodｕｃtioｎpｒoｃess，inoｒｄｅrtoｃａrryｏuttheproｄuctioｎeffｉcientlｙ，wｅmustcontrｏlitsmaiｎparａmeterswell，ｓuｃhaｓｔｅmｐerature,pressuｒeandsoon．Ｔemｐeｒaturｅcontrｏlinthｅprｏductiｏnprocｅｓｓｅsalaｒgeｐｒopoｒｔion．Ｔｅmperａt(yī)uremeaｓｕremｅnｔistheｂasisofｔempｅｒature－contrｏllingaｎｄamoreｍatｕｒeｔechｎｏlogｙ．ＡprecisｉonteｍpｅratｕrecoｎtrolsystemuｓｅｄAT8９Ｓ51SCＭandthehａrdwａrｅｃｉrcuitandsｏftwarｅoｆｔhiｓsysteｍarｅiｎｔroduced．Scheｍatiｃdｉagｒaｍoｆtｈeｈardwａreanｄproceｄuｒｅsｉsｒｅｌateｄｉnｅmｐhasis.Ｗoｒkiｎｇｐrｉnｃiple,designａnｄiｍｐleｍenｔａt(yī)ｉoｎiseｌabｏraｔeｄ．Thecurreｎｔtempｅrａt(yī)ureismｅasureｄbｙDS18b20ｔeｍpeｒaturｅseｎsoranｄtｈerｅsｕlｔsistｒanｓpｏrｔediｎｔｏSCM.Tｈen,thetemｐeratｕrｅiｓcalculatｅdandｔhecｏnversiｏnreｓｕltsisｔraｎsportedintotｈｅｌiqｕiｄｃｒystaｌdｉｓplａymｏｄulｅs1602oｎｓｈoｗ．Ｉｔｃanｄisplaycurrentteｍperaｔｕｒewｈiｃhiｓsetｒandomlyaｎdcｏntrｏlｌedｆleｘibｉlｉtｙ，aｎdｔhetempeｒatureconｔrol.Whenｔｈetemｐｅrａｔｕｒeisbeyondtheuｐperａndlｏｗerｌｉmitsｏftemｐｅratuｒｅ,thealaｒmsystｅmｓtartsautｏｍaticａｌly.Ｗhａt(yī)isreａlizedinthissyｓtemissiｍplｅsｔrｕcture，rｅｌiａblｅperformａnｃｅanｄhighprｅcｉsｉｏnｃontroｌ.Ｔｈeｓystｅmisingoodｓｃａlaｂility,higｈ-ｒesolution，widerange，ａnti-inteｒferenceperformancｅandsｏｏｎ.KeyWords：AT89C51SCＭ；ＤS18Ｂ20Temperatuｒesensｏr;Tｅｍpｅraｔureｄeteｃtｉon1緒論在工業(yè)生產(chǎn)中,壓力、溫度、流量等都是常用的被測參數(shù)。溫度往往是表征對象和過程狀態(tài)最重要的參數(shù)之一，在工業(yè)生產(chǎn)的很多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進行測量和控制。采用單片機對溫度進行測量不僅具有使用方便、簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被測溫度的技術(shù)指標，從而大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。目前應(yīng)用的溫度測量系統(tǒng)大多采用由模擬溫度傳感器、多路模擬開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器等模塊組成的傳輸系統(tǒng)。這種溫度采集系統(tǒng)需要大量的測溫電纜,才能把現(xiàn)場傳感器的信號送到采集卡上．安裝和拆卸繁雜,成本也相對較高,同時線路上傳送的是模擬信號，易受干擾、易損耗，測量誤差也比較大，不利于控制者根據(jù)溫度變化及時做出控制決定。針對這種情況，本文提出一種采用數(shù)字化單總線技術(shù)的溫度采集系統(tǒng)，并利用Ｐｒoｔeｕs和Keil軟件對設(shè)計電路進行綜合虛擬仿真，成功實現(xiàn)了溫度實時監(jiān)測。1.1國內(nèi)外溫度測量技術(shù)發(fā)展狀況１.1.1溫度測量技術(shù)簡介隨著國內(nèi)外工業(yè)的日益發(fā)展,溫度測量技術(shù)也在不斷的進步，目前用來進行溫度測量的方法種類繁多，應(yīng)用范圍廣泛,大致包括以下幾種方法:(１）利用物體熱脹冷縮原理制成的溫度計。（2)利用熱電效應(yīng)技術(shù)制成的溫度測量元件。(4)利用熱阻效應(yīng)技術(shù)制成的溫度計。（5）利用熱輻射原理制成的高溫計。（6)利用聲學原理進行溫度測量。（7）利用紅外測溫技術(shù)。1.１．2溫度測量技術(shù)的發(fā)展生產(chǎn)管理一體化、網(wǎng)絡(luò)化是當今工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的大趨勢,要實現(xiàn)這些功能,必須借助于工業(yè)計算機、現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)及開放的工業(yè)數(shù)據(jù)庫。利用先進技術(shù)手段監(jiān)測各種復雜生產(chǎn)環(huán)境的被控參數(shù)如溫度、流量及壓力等，使生產(chǎn)和管理一體化，可以有效地提高生產(chǎn)和管理的自動化水平。溫度測量是一種利用微機來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通訊傳輸和數(shù)據(jù)分析處理的一門新技術(shù)，是在生產(chǎn)過程中記錄和說明熱加工產(chǎn)品與空氣溫度關(guān)系的技術(shù),追蹤測量得到的數(shù)據(jù)被顯示為圖表或數(shù)字。這個過程最簡單的形式就是它可以告訴生產(chǎn)者所生產(chǎn)的產(chǎn)品的溫度、保持這個溫度有多長時間以及在什么時間達到了什么溫度。通過分析數(shù)據(jù)，生產(chǎn)人員可以保證產(chǎn)品達到最好的質(zhì)量、解決產(chǎn)品存在問題、優(yōu)化生產(chǎn)工藝路線及節(jié)約能耗。無論是在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)、食品加工、還是在醫(yī)療器械生產(chǎn)方面,溫度都是重要的控制指標,因此溫度測量技術(shù)具有非常廣闊的應(yīng)用前景。Ａ國內(nèi)外溫度測量技術(shù)發(fā)展趨勢擴展測量范圍現(xiàn)在工業(yè)上通用的溫度測量范圍為-２00~３00０℃擴大測溫對象溫度測量技術(shù)將會由點測溫發(fā)展到線、面，甚至立體的測量。應(yīng)用范圍己經(jīng)從工業(yè)領(lǐng)域延伸到環(huán)境保護、家用電器、汽車工業(yè)及航天工業(yè)領(lǐng)域。發(fā)展新型產(chǎn)品利用以前的測量技術(shù)生產(chǎn)出適應(yīng)于不同場合、不同工況要求的新型產(chǎn)品，以滿足用戶需要。同時利用新的測量技術(shù)制造出新的產(chǎn)品。適應(yīng)特殊環(huán)境下的測溫對許多場合中的溫度測量器有特殊要求,如防硫、防爆、耐磨等性能要求;又如移動物體和高速旋轉(zhuǎn)物體的測溫、鋼水的連續(xù)測溫、火焰溫度測量等。顯示數(shù)字化溫度儀表向數(shù)字化方向發(fā)展。其最大優(yōu)點是直觀、無讀數(shù)誤差、分辨率高、測量誤差小，因而有廣闊的銷售市場。標定自動化應(yīng)用計算機技術(shù),快速、準確、自動地標定溫度測量器。根據(jù)上述要求，國內(nèi)外溫度儀表制造商將向以下幾方面發(fā)展:(１）繼續(xù)生產(chǎn)量大面廣的傳統(tǒng)的溫度測量元件，如:熱電偶、熱電阻、熱敏電阻等。(2)加強新原理、新材料、新加工工藝的開發(fā)。如近來已經(jīng)開發(fā)的炭化硅薄膜熱敏電阻溫度測量器,厚膜、薄膜鉑電阻溫度測量器,硅單晶熱敏電阻溫度測量器等。(3）向智能化、集成化、適用化方向發(fā)展。新產(chǎn)品不僅要具有測量功能，又要具有判斷和指令等多功能,采用微機向智能化方向發(fā)展，向機電一體化方向發(fā)展。近年來，在溫度測量技術(shù)領(lǐng)域,多種新的測量原理與技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，已經(jīng)取得了重大進展。新一代溫度測量元件正在不斷出現(xiàn)和完善化。從晶體管溫度測量元件到集成電路溫度測量元件、核磁共振溫度測量器、激光、微波測溫等等，這一現(xiàn)象表明溫度測量技術(shù)正在高速發(fā)展并已經(jīng)逐步進入高精尖的現(xiàn)代化發(fā)展領(lǐng)域。1.2課題研究的意義和目的1.2.１課題研究的意義通過完成此次畢業(yè)設(shè)計可以使我們進一步熟悉和掌握單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，了解單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的基本方法和步驟。通過使用5１單片機，理解單片機在數(shù)字化儀表中的作用以及掌握單片機的編程方法。通過設(shè)計一個簡單的實際應(yīng)用輸入及顯示模擬系統(tǒng)，掌握單片機仿真軟件Ｐｒｏｔeus的使用方法。掌握鍵盤和顯示器在的單片機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用和掌握撰寫綜合設(shè)計報告的方法。通過對本課題的研究，還可以進一步了解單片機及其應(yīng)用技術(shù)、傳感器等技術(shù)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀,緊跟時代脈搏;可以進一步深化理論技術(shù)方面的知識,培養(yǎng)自身實踐動手能力、分析研究及科技創(chuàng)新能力。1．2．2課題研究目的本課題基于單片機原理及其接口技術(shù)、Proteuｓ仿真軟件以及傳感器應(yīng)用等方面技術(shù)來實現(xiàn)對溫度的測量。系統(tǒng)的整體設(shè)計思想是以51單片機為控制核心,采用單線數(shù)字溫度傳感器DS1８B20進行溫度數(shù)據(jù)采集,利用單片機獲取被測溫度，實時顯示當前溫度，并與系統(tǒng)報警設(shè)定值進行比較,根據(jù)比較結(jié)果分別實現(xiàn)上下限報警功能。１.3課題研究的內(nèi)容及研究方法系統(tǒng)總體設(shè)計思想是以單片機為控制核心，整個系統(tǒng)硬件部分包括溫度測量部分、顯示部分、鍵盤、報警部分及最小系統(tǒng)基本電路。系統(tǒng)利用單片機獲取溫度傳感器數(shù)據(jù)并與系統(tǒng)設(shè)定值進行比較,根據(jù)結(jié)果判斷是否啟動越限報警裝置。本系統(tǒng)應(yīng)用AＴ８9C５１和DS18Ｂ20溫度傳感器來設(shè)計，具有抗干擾性好、設(shè)計靈活方便，適用于惡劣的環(huán)境下進行現(xiàn)場溫度測量等優(yōu)點?？梢詰?yīng)用在大型工業(yè)及民用常溫多點監(jiān)測場所。如糧食倉儲系統(tǒng)、樓宇自動化系統(tǒng)、溫度控制生產(chǎn)線之溫度影像測量、醫(yī)療與健診的溫度測試、空調(diào)系統(tǒng)的溫度測量等等。1．4論文結(jié)構(gòu)安排論文整體分為七大部分，分別是緒論、基礎(chǔ)知識、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、系統(tǒng)調(diào)試、結(jié)論和參考文獻。緒論中簡要的說明論文研究工作的緣起、背景、目的、意義等，與本研究相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、成果以及本設(shè)計預(yù)期的實現(xiàn)效果等。基礎(chǔ)知識部分是對于此次設(shè)計中用到的有關(guān)方面的知識做以簡要的介紹，使論文內(nèi)容更加充實結(jié)構(gòu)緊湊。硬件設(shè)計部分是本次設(shè)計的核心部分，它羅列出了本次設(shè)計系統(tǒng)中的各個模塊,對于每部分的功能也做了詳細介紹，并且每個單元模塊都附有圖片，這樣使得整篇論文的可讀性得以提高，使讀者更容易理解每個單元模塊的功能。軟件設(shè)計模塊主要是每個單元模塊的流程圖及相關(guān)思路介紹，因為整個的Ｃ程序太過冗長,所以論文中沒有詳細羅列。第五部分是系統(tǒng)的調(diào)試部分,這部分簡要的介紹了系統(tǒng)在調(diào)試時候的注意事項和調(diào)試過程中所遇到的問題。第六部分是本篇設(shè)計的結(jié)尾部分，這里總結(jié)了整個系統(tǒng)設(shè)計過程中所學所感，所遇到的問題，所解決的問題，是對于整個畢業(yè)設(shè)計過程的總結(jié)和體會。接下來的第七部分是參考文獻部分，這部分列舉了本篇論文撰寫過程中參考的書籍，期刊雜志等文獻。2基礎(chǔ)知識介紹2.1單片機簡介2.1.1單片機技術(shù)的發(fā)展所謂單片機(ｍ1crｏcoｎtroｌler）是指在一個集成芯片中，集成微處理器(CPU)、存儲器、基本的I／O接口以及定時/計數(shù)、通信部件,即在一個芯片上實現(xiàn)一臺微型計算機的基本功能。1970年微型計算機研制成功之后,隨著就出現(xiàn)了單片機(即單芯片微型計算機)。美國Iｎｔel公司197１年生產(chǎn)的4位單片機4004和1972年生產(chǎn)的雛形8位單片機8００8，特別是１976年MCS－48單片機問世以來,在短短的二十幾年間,經(jīng)歷了四次更新?lián)Q代，其發(fā)展速度大約每二、三年要更新一代、集成度增加一倍、功能翻一番。其發(fā)展速度之快、應(yīng)用范圍之廣，已達到了驚人的地步,它已滲透到生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域。盡管目前單片機的品種很多，但其中最具典型性的當數(shù)Intel公司的MCS-５1系列單片機。MCS-５1是在MCS-４8的基礎(chǔ)上于8０年代初發(fā)展起來的,雖然它仍然是8位的單片機,但其功能有很大的增強。由于PHILＩPS、AＴMEＬ、ＷELＢORD、LG等近百家ＩＣ制造商都主產(chǎn)51系列兼容產(chǎn)品，具有品種全、兼容性強、軟硬件資料豐富等特點。因此,MCS-５1應(yīng)用非常廣泛,成為繼MＣＳ-４8之后最重要的單片機品種。直到現(xiàn)在MCＳ－５1仍不失為單片機中的主流機型。國內(nèi)尤以Intel的MCS-51系列單片機應(yīng)用最廣。由于８位單片機的高性能價格比,估計近十年內(nèi)，8位單片機仍將是單片機中的主流機型。2．1.2單片機技術(shù)的應(yīng)用隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和在控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，以及設(shè)備向小型化、智能化方向發(fā)展，作為高新技術(shù)之一的單片機以其體積小、功能強、價格低廉、使用靈活等優(yōu)勢,顯示出很強的生命力。它和一般的集成電路相比有較好的抗干擾能力，對環(huán)境的溫度和濕度都有較好的適應(yīng)性，可以在復雜工業(yè)條件下穩(wěn)定工作。且單片機廣泛地應(yīng)用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，提高它們的測量速度和測量精度，加強控制功能。如MＣＳ-51系列單片機控制的“船舶航行狀態(tài)自動記錄儀”、“煙葉水分測試儀”、“智能超聲波測厚儀”等。單片機也廣泛地應(yīng)用于實時控制系統(tǒng)中，例如對工業(yè)上各種窯爐的溫度、酸度、化學成分的測量和控制。將測量技術(shù)、自動控制技術(shù)和單片機技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮其數(shù)據(jù)處理功能和實時控制功能，使系統(tǒng)工作處于最佳狀態(tài),提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。從航空航天、地質(zhì)石油、冶金采礦、機械電子、輕工紡織等行業(yè)的分布系統(tǒng)與智能控制以及機電一體化設(shè)備和產(chǎn)品，到郵電通信、日用設(shè)備和器械,單片機都發(fā)揮了巨大作用。其應(yīng)用大致可分為以下幾方面：A機電一體化設(shè)備的控制核心機電一體化是機械設(shè)備發(fā)展的方向。單片機的出現(xiàn)促進了機電一體化技術(shù)的發(fā)展，它作為機電產(chǎn)品的控制器,充分發(fā)揮其自身優(yōu)點,大大強化了機器的功能，提高了機器的自動化、智能化程度。最典型的機電產(chǎn)品機器人，每個關(guān)節(jié)或動作部位都是一個單片機控制系統(tǒng)。B數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的現(xiàn)場采集單元大型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，要求數(shù)據(jù)采集的同步性和實時性要好。使用單片機作為系統(tǒng)的前端采集單元，由主控計算機發(fā)出采集命令,再將采集到的數(shù)據(jù)逐一送到主計算機中進行處理。如有些氣象部門、油田采油部門以及電廠等均可采用這樣的系統(tǒng)。C分布控制系統(tǒng)的前端控制器在直接控制級的計算機分布控制系統(tǒng)(DCS)中，單片機作為過程控制中每一分部操作或控制的控制器,進行數(shù)據(jù)采集、反饋計算、控制輸出，并在上位機命令的指揮下進行相應(yīng)協(xié)調(diào)工作。D智能化儀表的機芯自動化儀表的智能化程度越來越高。采用單片機的智能化儀表可具有自整定、自校正、自動補償和自適應(yīng)功能,還可進行數(shù)字PＩD調(diào)節(jié)，軟件消除電流熱噪聲等等，解決傳統(tǒng)儀表所不能解決的難題。單片機的應(yīng)用使這種性能如虎添翼，如自動計費電度表、燃氣表中已有這方面的應(yīng)用。許多工業(yè)儀表中的智能流量計,氣體分析儀、成分分析儀等也采用了這項技術(shù)。甚至有的保健治療儀中也采用了單片機控制。E消費類電子產(chǎn)品控制該應(yīng)用主要反映在家電領(lǐng)域,如洗衣機、空調(diào)器、保安系統(tǒng)、VＣD視盤機、電子秤、ＩC卡、手機等。這些設(shè)備中使用了單片機機芯后，大大提高了其控制功能和性能，并實現(xiàn)了智能化、最優(yōu)化控制。F終端及外圍設(shè)備控制計算機網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備,如銀行終端、商業(yè)POS(自動收款機)以及計算機外圍設(shè)備如打印機、通信終端和智能化UPＳ等。在這些設(shè)備中使用單片機，使其具有計算、存儲、顯示、輸入等功能，具有和計算機連接的接口，使計算機的能力及應(yīng)用范圍大大提高。2.2ＡT89C51簡介AT８９C51是一種帶4K字節(jié)FLAＳＨ存儲器(ＦPEROM—FlashPrograｍmablｅａndErasabｌeReaｄＯnlyMeｍory)的低電壓、高性能CＭOS8位微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標準的ＭCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ＡTＭEL的AT８9C5１是一種高效微控制器。2.2．1ＡT89C51主要特性(1)與MCＳ-51兼容（2）4K字節(jié)可編程FLASH存儲器(3）壽命:1000寫/擦循環(huán)(４）數(shù)據(jù)保留時間：10年(５）全靜態(tài)工作:0Hｚ-24MHz(6)三級程序存儲器鎖定（７)１28×８位內(nèi)部ＲAM(８)3２個可編程I/O口線(9)兩個1６位定時器/計數(shù)器(1０)5個中斷源（11）可編程串行通道（12)低功耗的閑置和掉電模式(１３)片內(nèi)振蕩器和時鐘電路2-1ＡＴ89Ｃ1單片機引腳圖2.2.２AT89C51管腳說明（1)VCＣ:供電端,提供單片機工作所需電源。(２)GＮD:接地端。(3)Ｐ0口:P0口為一個８位漏級開路雙向I/O口，每腳可接收8個TＴＬ門電流。當P０口的管腳第一次寫１時,被定義為高阻輸入。Ｐ０能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FＩASH編程時，Ｐ0口作為原碼輸入口,當ＦIAＳＨ進行校驗時P0輸出原碼，此時P0外部必須接上拉電阻。(４)P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的８位雙向I／O口,P1口緩沖器能接收輸出4個TＴL門電流。P1口管腳寫入1后,被內(nèi)部上拉為高,可用作輸入,Ｐ１口被外部下拉為低電平時,將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時,P1口作為低八位地址接收。（5)P2口:P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向Ｉ/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TＴＬ門電流,當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用做外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，Ｐ2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時,它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢,當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫數(shù)據(jù)時,P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在ＦLAＳH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。（６)Ｐ3口：P3口管腳是8個帶著內(nèi)部上拉電阻的雙向Ｉ/O口,可接收輸出４個TTL門電流。當P3口寫入“1”后,它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平,P３口將輸出電流，這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口如表２-1所示；P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。（7）RSＴ:復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RＳＴ腳兩個機器周期的高電平時間。AＬE／PＲOG：當訪問外部存儲器時,地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLAＳＨ編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時,ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號,此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時,將跳過一個ＡＬＥ脈沖。如想禁止ＡLE的輸出可在SFR８EH地址上置0。此時,ALＥ只有在執(zhí)行MＯVX，MＯVC指令是ＡLＥ才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)AＬE禁止，置位無效。表2-1Ｐ3口特殊功能口管腳備選功能P３.0RXＤ串行輸入口P３．1TＸD串行輸出口P3.２/INT０外部中斷0P3.3/IＮT1外部中斷1P3.4T0記時器0外部輸入P3.5Ｔ1記時器1外部輸入Ｐ3．6/WＲ外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通P３.7/RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通（8）/PＳEN:外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指令期間,每個機器周期兩次/PＳEＮ有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。(９)/EA/VPP:當／EＡ保持低電平時,則在此期間外部程序存儲器(00０0H-FＦＦFＨ），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端口保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在ＦLASH編程期間,此引腳也用于施加１２V編程電源（VPP）。（１0）XＴAL1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。（１1)XTＡL2：來自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性：XTＡL1和ＸＴAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTＡL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器,因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。2.３DS18Ｂ2０簡介DS18B2０是美國DALLAＳ半導體公司繼DS１82０之后最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比,他能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在93.7５ms和750ms內(nèi)完成9位和1２位的數(shù)字量，并且從DS18Ｂ20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根接口線讀寫,溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DＳ18Ｂ20供電，而無需額外電源。因而使用ＤS１８B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。它在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較ＤS182０有了很大的改進，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。2.3.１DS1８B2０的結(jié)構(gòu)和特點ADS１8Ｂ２0的外形及管腳排列如下圖2－3:圖２-３ＤＳ18Ｂ２０引腳圖BＤS１8B２0內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成ＤS１８B2０內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻RＯＭ、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器ＴH和TL、配置寄存器。（１)64位光刻ＲOM。開始8位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號,共有４8位，最后8位是前5６位的CRＣ校驗碼，這也是多個DS18B20可以采用一線進行通信的原因。圖２-4ＤS1８B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)(2）非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL,可通過軟件寫入用戶報警上下限值。(３)高速暫存存儲,可以設(shè)置DS1８B20溫度轉(zhuǎn)換的精度。DS1８B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存RＡM和一個非易失性的可電擦除的E2PRAＭ。高速暫存RAＭ的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲器,結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。頭2個字節(jié)包含測得的溫度信息，第3和第4字節(jié)TH和TＬ的拷貝，是易失的,每次上電復位時被刷新。第5個字節(jié)，為配置寄存器,它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。ＤＳ18B2０工作時寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。它的內(nèi)部存儲器結(jié)構(gòu)和字節(jié)定義如表2-2所示。低5位一直為１，TM是工作模式位,用于設(shè)置DS1８Ｂ2０在工作模式還是在測試模式。Ｂytｅ0溫度測量值LSB(５0H)Byte1溫度測量值MSＢ(50H）E2PＲＯＭＢyｔｅ2ＴＨ高溫寄存器TH高溫寄存器Byte3ＴL低溫寄存器-－--TL低溫寄存器Byte4配位寄存器－-－－配位寄存器Byte5預(yù)留（FＦH）Ｂyｔe6預(yù)留(0CH)Ｂｙte7預(yù)留(IOＨ）Bｙte8循環(huán)冗余碼校驗（CＲC)圖2-5ＤＳ１8B２０內(nèi)部存儲器結(jié)構(gòu)DS18Ｂ２０出廠時該位被設(shè)置為0,用戶要去改動,R1和Ｒ0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率,如圖2－６。表2－2DS１8Ｂ20字節(jié)定義TMR0R10００11111由表2-3可見,分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間越長。因此,在實際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。高速暫存RAM的第６、7、8字節(jié)保留未用,表現(xiàn)為全邏輯１。第9字節(jié)讀出前面所有８字節(jié)的CRC碼,可用來檢驗數(shù)據(jù),從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。當ＤＳ18Ｂ20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以１6位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1、2字節(jié)。單片機可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù),讀數(shù)據(jù)時低位在先,高位在后,數(shù)據(jù)格式以0．0625℃當符號位S＝0時,表示測得的溫度值為正值,可以直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當符號位S＝1時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼,再計算十進制數(shù)值。表２－4是一部分溫度值對應(yīng)的二進制溫度數(shù)據(jù)。表2－3DS１8Ｂ20溫度轉(zhuǎn)換時間表Ｒ1Ｒ０分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)向時間/mｓ00993.75０110187.５10１137511１2７５０表2-4部分溫度對應(yīng)值表溫度／℃二進制表示十六進制表示+1２5０0０001１1１1０1０000０7D0Ｈ＋8５00000１０1010100000550H+25．0６2５00０00０01100１00０001９1Ｈ+１0.12500０００00０10１0０00１００Ａ2H+０.50000000000000０100008H00000０000000０1０00００00H－0.5111111111111000０FFF８Ｈ-10.1２５1１11111１０1011１10FF5ＥＨ-25．0６2５1１１1１110０１10111１FＥ6FH-5５1111１10０１0０10000FC９０H(４）CＲC的產(chǎn)生在64位RＯM的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余校驗碼(CRC)。主機根據(jù)ＲOＭ的前５6位來計算CＲC值,并和存入ＤＳ１8B2０中的CRＣ值做比較，以判斷主機收到的ROＭ數(shù)據(jù)是否正確。另外,由于DS1８B2０單線通信功能是分時完成的,它有嚴格的時隙概念,因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初使化DS１８B20(發(fā)復位脈沖）→發(fā)ＲOM功能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數(shù)據(jù)。CＤS18B20的特點（1）適應(yīng)電壓范圍更寬,電壓范圍：3.0~5.5V,在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。（2)獨特的單線接口方式,DＳ１8B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。(3)ＤS1８B20支持多點組網(wǎng)功能,多個DS18Ｂ２0可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。(4)DS18B20在使用中不需要任何外圍元件,全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。(5）溫范圍－５5℃～+１25℃,在－10～+８5℃時精度為±0.5℃(6）可編程的分辨率為9~１2位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為０.5℃、0.２５℃、0．125℃和0.0625(7)在９位分辨率時最多在9３.75ｍs內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字,12位分辨率時最多在7５０mｓ內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字。(8)測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號,以＂一線總線＂串行傳送給CＰU,同時可傳送CRＣ校驗碼,具有極強的抗干擾糾錯能力。(9)負壓特性:電源極性接反時,芯片不會因發(fā)熱而燒毀,但不能正常工作。2．3.2DS1８B2０工作原理AＤS１8B20的工作時序根據(jù)DＳ18B2０的通訊協(xié)議,主機控制DS18B２0完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟:(1)每一次讀寫之前都必須要對DＳ18B20進行復位；（2)復位成功后發(fā)送一條ROM指令；(３)最后發(fā)送RＡＭ指令,這樣才能對DＳ18B20進行預(yù)定的操作。復位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉５00微秒，然后釋放，DS18B２０收到信號后等待15~60微秒左右后發(fā)出６0～２40微秒的存在低脈沖,主CＰＵ收到此信號表示復位成功。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序,具體工作方法如圖２-7、2-8、２-9所示。初始化時序圖2-7初始化時序總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，主機響應(yīng)應(yīng)答脈沖。應(yīng)答脈沖使主機知道,總線上有從機設(shè)備，且準備就緒。主機輸出低電平,保持低電平時間至少４80us，以產(chǎn)生復位脈沖。接著主機釋放總線，4．7KΩ上拉電阻將總線拉高，延時1５~60us，并進入接受模式,以產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖,若為低電平，再延時480us。寫時序圖2－8寫時序?qū)憰r序包括寫０時序和寫1時序。所有寫時序至少需要6０ｕｓ，且在2次獨立的寫時序之間至少需要1ｕs的恢復時間，都是以總線拉低開始。寫1時序,主機輸出低電平，延時2us，然后釋放總線，延時６0us。寫0時序,主機輸出低電平，延時6０ｕｓ,然后釋放總線，延時2us[8]。(３)讀時序圖2-9讀時序總線器件僅在主機發(fā)出讀時序是，才向主機傳輸數(shù)據(jù),所以，在主機發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時序,以便從機能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時序至少需要６0us，且在2次獨立的讀時序之間至少需要1us的恢復時間。每個讀時序都由主機發(fā)起,至少拉低總線１uｓ。主機在讀時序期間必須釋放總線,并且在時序起始后的15us之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。主機輸出低電平延時2ｕs，然后主機轉(zhuǎn)入輸入模式延時12us，然后讀取總線當前電平,然后延時5０us。BＲOM操作命令當主機收到ＤＳl8B20的響應(yīng)信號后，便可以發(fā)出RＯM操作命令之一,這些命令如表2-5CDS１8B２０的測溫原理每一片DSｌ8B20在其ROM中都存有其唯一的48位序列號，在出廠前已寫入片內(nèi)RＯM中。主機在進入操作程序前必須用讀ROM(33Ｈ)命令將該DSｌ８B2０的序列號讀出。程序可以先跳過ROM，啟動所有DSl8B20進行溫度變換，之后通過匹配ROM，再逐一地讀回每個ＤＳl8B2０的溫度數(shù)據(jù)。表2－５RＯM操作命令指令約定代碼功能讀ＲOM33H讀DS18B20ＲOM中的編碼符合ROM55H發(fā)出此命令之后,接著發(fā)出64位ROM編碼,訪問單線總線上與該編碼相對應(yīng)的DS18B20使之作出響應(yīng)，為下一步對該ＤS1８Ｂ２0的讀寫作準備搜索ＲOM0F０Ｈ用于確定掛接在同一總線上DS18B20的個數(shù)和識別64位RＯM地址,為操作各器件作好準備跳過ROM0CCH忽略6４位ＲOM地址，直接向DＳ１8B2０發(fā)溫度變換命令,適用于單片工作。告警搜索命令0EＣH執(zhí)行后,只有溫度超過設(shè)定值上限或者下限的片子才做出響應(yīng)溫度變換４4H啟動DS18B２0進行溫度轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換時間最長為50０MＳ,結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)RAM中讀暫存器0BEH讀內(nèi)部RAＭ中9字節(jié)的內(nèi)容寫暫存器４ＥH發(fā)出向內(nèi)部RＡM的第3,4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟讀命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)復制暫存器48H將Ｅ２ＰRAM中第3，４字節(jié)內(nèi)容復制到E２PRAＭ中重調(diào)E２PRAM0BBＨ將Ｅ2ＰRAM中內(nèi)容恢復到RＡM中的第３，４字節(jié)讀供電方式０B４H讀ＤS18B20的供電模式,寄生供電時DS１８B2０發(fā)送“0”,外接電源供電DS18B20發(fā)送“１”ＤＳ１8Ｂ20的測溫原理如圖2-1０，低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小,用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器１，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變,所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入,高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震減法計數(shù)器減法計數(shù)器1斜坡累加器減到0減法計數(shù)器2預(yù)置低溫度系數(shù)振蕩器高溫度系數(shù)振蕩器計數(shù)比較器預(yù)置溫度寄存器減到0圖２－1０測溫原理圖蕩頻率圖中還隱含著計數(shù)門,當計數(shù)門打開時,ＤS1８B２０就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù),進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前,首先將-55℃所對應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計數(shù)器１和溫度寄存器被預(yù)置在-5５℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù),當減法計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時溫度寄存器的值將加１，減法計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入,減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器２計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性,其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)門仍未關(guān)閉就重復上述過程,直至溫度寄存器值達到被測溫度值,這就是ＤＳ１8B２０的測溫原理。另外，由于DS18B２0單線通信功能是分時完成的，他有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對ＤS１8Ｂ2０的各種操作必須按協(xié)議進行。操作協(xié)議為:初始化ＤS１８B20(發(fā)復位脈沖）→發(fā)ＲOM功能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數(shù)據(jù)。２.4Protｅus軟件簡介Ｐrotｅus軟件是由英國LａbCenｔerElｅｃｔroniｃs公司開發(fā)的EＤA工具軟件。它不僅能夠仿真模擬、數(shù)字電路以及模數(shù)混合電路，更具特色的是Proteus能夠仿真基于單片機的電子系統(tǒng)。Protｅuｓ不但完全支持MCS-５1及其派生系列單片機的設(shè)計系統(tǒng),另外也能仿真基于AＶR和PIC系列的單片機系統(tǒng)。Proｔｅuｓ軟件可以提供的模擬、數(shù)字、交流和直流等元器件庫多達30多個,共計數(shù)千種元器件。此外,對于元件庫中沒有的器件，使用者也可以依照自己的需要自行創(chuàng)建。在軟件調(diào)試方面，Proteｕｓ自身只帶有匯編編譯器，不支持C語言,但可以與KeiｌC51集成開發(fā)環(huán)境連接,將用匯編和C語言編寫的程序編譯好之后，可以進行軟硬件結(jié)合的系統(tǒng)仿真,像使用仿真器一樣來調(diào)試程序。Pｒoteｕｓ運行于Wｉnｄows操作系統(tǒng)上,可以仿真、分析(ＳPIＣE）各種模擬器件和集成電路。2.4．１Proteus特點(1）實現(xiàn)了單片機仿真和SＰＩCＥ電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS2３２動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、LＣD系統(tǒng)仿真的功能;有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。(2)支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有:AＲＭ７(ＬPC21xx）、８051/52系列、ＡＶR系列、ＰIC10/１2/16/18系列、HC１1系列以及多種外圍芯片。(3)提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點等調(diào)試功能,同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中,也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境,如KeilC５1uVisioｎ2、MPLAB等軟件。（４)具有強大的原理圖繪制功能?？傊?該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件,功能極其強大。3硬件設(shè)計3.1硬件系統(tǒng)設(shè)計思想本系統(tǒng)設(shè)計主要包括單片機最小系統(tǒng)、溫度測量模塊、溫度顯示模塊、按鍵控制和報警模塊。通過這幾個模塊的協(xié)調(diào)工作就可以完成相應(yīng)的溫度測量和顯示功能。系統(tǒng)設(shè)計總體方框圖如圖所示。溫度測量溫度測量模塊AT89C51顯示模塊顯示模塊報警模塊報警模塊鍵盤模塊鍵盤模塊圖3-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3.２單片機最小系統(tǒng)單片機的最小系統(tǒng)是由組成單片機系統(tǒng)必需的一些元件構(gòu)成的,除了單片機之外,還需要包括電源供電電路、時鐘電路、復位電路。下面著重介紹時鐘電路和復位電路。圖3-2時鐘和復位電路圖 3.2．1時鐘電路單片機工作時,從取指令到譯碼再進行微操作，必須在時鐘信號控制下才能有序地進行，時鐘電路就是為單片機工作提供基本時鐘的。單片機的時鐘信號通常有兩種產(chǎn)生方式：內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。內(nèi)部時鐘方式的原理電路如圖3－2所示。在單片機ＸTAL1和XTAL2引腳上跨接上一個晶振和兩個穩(wěn)頻電容，可以與單片機片內(nèi)的電路構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。晶振的取值范圍一般為0～2４MHz，常用的晶振頻率有６MHz、12MHz、１１.０592MHz、２4MＨz等。一些新型的單片機還可以選擇更高的頻率。外接電容的作用是對振蕩器進行頻率微調(diào),使振蕩信號頻率與晶振頻率一致，同時起到穩(wěn)定頻率的作用，一般選用２0~30pF的瓷片電容。外部時鐘方式則是在單片機XTＡL1引腳上外接一個穩(wěn)定的時鐘信號源，它一般適用于多片單片機同時工作的情況,使用同一時鐘信號可以保證單片機的工作同步。時序是單片機在執(zhí)行指令時CPU發(fā)出的控制信號在時間上的先后順序。AT８９C51單片機的時序概念有4個，可用定時單位來說明,包括振蕩周期、時鐘周期、機器周期和指令周期。(1）振蕩周期：是片內(nèi)振蕩電路或片外為單片機提供的脈沖信號的周期。時序中1個振蕩周期定義為１個節(jié)拍，用P表示。（2）時鐘周期:振蕩脈沖送入內(nèi)部時鐘電路,由時鐘電路對其二分頻后輸出的時鐘脈沖周期稱為時鐘周期。時鐘周期為振蕩周期的２倍。時序中１個時鐘周期定義為1個狀態(tài),用S表示。每個狀態(tài)包括２個節(jié)拍,用P1、Ｐ2表示。(3）機器周期:機器周期是單片機完成一個基本操作所需要的時間。一條指令的執(zhí)行需要一個或幾個機器周期。一個機器周期固定的由６個狀態(tài)S1~S6組成。（4）指令周期:執(zhí)行一條指令所需要的時間稱為指令周期。一般用指令執(zhí)行所需機器周期數(shù)表示。ＡT８9C51單片機多數(shù)指令的執(zhí)行需要1個或2個機器周期，只有乘除兩條指令的執(zhí)行需要４個機器周期。了解了以上幾個時序的概念后，我們就可以很快的計算出執(zhí)行一條指令所需要的時間。例如:若單片機使用12ＭＨｚ的晶振頻率,則振蕩周期=1／(12MHｚ）=1／12us,時鐘周期＝1/6us,機器周期=1us，執(zhí)行一條單周期指令只需要1uｓ，執(zhí)行一條雙周期指令則需要2us。3.2.2復位電路無論是在單片機剛開始接上電源時,還是運行過程中發(fā)生故障都需要復位。復位電路用于將單片機內(nèi)部各電路的狀態(tài)恢復到一個確定的初始值，并從這個狀態(tài)開始工作。單片機的復位條件:必須使其RST引腳上持續(xù)出現(xiàn)兩個（或以上）機器周期的高電平。單片機的復位形式:上電復位、按鍵復位。上電復位和按鍵復位電路如圖3-2所示。上電復位電路中,利用電容充電來實現(xiàn)復位。在電源接通瞬間，RSＴ引腳上的電位是高電平(Vcc)，電源接通后對電容進行快速充電，隨著充電的進行，RST引腳上的電位也會逐漸下降為低電平。只要保證RST引腳上高電平出現(xiàn)的時間大于兩個機器周期，便可以實現(xiàn)正常復位。按鍵復位電路中,當按鍵沒有按下時,電路同上電復位電路。如在單片機運行過程中，按下RＥSET鍵，已經(jīng)充好電的電容會快速通過２00Ω電阻的回路放電，從而使得ＲSＴ引腳上的電位快速變?yōu)楦唠娖?，此高電平會維持到按鍵釋放，從而滿足單片機復位的條件實現(xiàn)按鍵復位。3．3溫度測量模塊本設(shè)計使用了４片ＤＳ18B20溫度傳感器，可以實現(xiàn)同時測量四路溫度的功能,通過一條總線DQ與ＡT89C５1單片機P1.０口連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。DS18B20可采用自供電和外供電兩種供電方式,本設(shè)計采用外供電的方式，把四個DS18Ｂ20傳感器的VCC端口串聯(lián),接外界+5V電源。溫度傳感器的GNＤ端分別接地。圖3-３溫度測量模塊３.4按鍵設(shè)置模塊圖3－4按鍵模塊本設(shè)計應(yīng)用了四個按鍵,分別是Ｋ1、K２、K3、K4，并且分別與單片機的P1．2、Ｐ1.3、P１.4和P1.5相連接。K1和K2的功能分別是加１減１;Ｋ３是設(shè)置按鍵；Ｋ4是確定按鍵。系統(tǒng)正常工作時，顯示界面LCＤ循環(huán)顯示四個溫度傳感器的測量數(shù)據(jù),當要求改變溫度的報警值上下限時,點擊按鍵“設(shè)置”,顯示界面LCＤ會切換至已設(shè)置當前的上下限溫度值的上限值，并且伴隨光標閃動,表明可修改狀態(tài);接下來點擊加1或者減1按鍵,從而修改到要求的上限值；當要求修改下限值時，只要在修改上限的界面再點擊一下“確定”按鍵，光標即會跳轉(zhuǎn)到當前下限值處，并伴隨閃動,進入可以修改狀態(tài)。當修改完成后，點擊“確定”鍵系統(tǒng)即完成了修改儲存,在新修改的上下限條件下繼續(xù)工作，并且顯示界面LＣD會切換回四路溫度循環(huán)顯示的界面。3.5顯示模塊液晶顯示器是一種將液晶顯示器件，連接器件，集成電路，PＣB線路板，背光源,結(jié)構(gòu)器件裝配在一起的組件。根據(jù)顯示內(nèi)容和方式的不同可以分為，數(shù)顯LＣD,點陣字符ＬCD，點陣圖形ＬCD在此設(shè)計中我們采用點陣字符LＣD,這里采用常用的2行16個字的１602液晶模塊。3.５.１LM０16L顯示原理ＤDRAM就是顯示數(shù)據(jù)RAM，用來寄存待顯示的字符代碼。共80個字節(jié)，其地址和屏幕的對應(yīng)關(guān)系如下表：表3-1顯示地址顯示位置1２3456７……4０DDＲＡM地址第一行0０H01Ｈ０2H03H04H０5H０6H……27H第二行40H４１H4２Ｈ４3H44H45H４6H……6７H也就是說想要在ＬＭ０16L屏幕的第一行第一列顯示一個"A"字，就要向ＤDRAＭ的00H地址寫入“A”字的代碼就行了。但具體的寫入是要按LCD模塊的指令格式來進行的。那么一行有40個地址,但在LCD中我們就用前１６個就行了。第二行也一樣用前16個地址。對應(yīng)如下表３-2:表3-2DDＲＡM地址與顯示位置的對應(yīng)關(guān)系“A”字的對應(yīng)上面高位代碼為01０0，對應(yīng)左邊低位代碼為０001,合起來就是０10０0001,也就是41H。可見它的代碼與我們PC中的字符代碼是基本一致的。因此我們在向ＤDRＡM寫C51字符代碼程序時甚至可以直接用P1＝＇Ａ＇這樣的方法。PC在編譯時就把“A”先轉(zhuǎn)為41H代碼了。3．５.２LCDLM01６Ｌ引腳定義LＭ01６Ｌ采用標準的１４腳接口，其中：圖3-5LCD引腳圖第1腳:VSS為電源地;第2腳：VDD接５V正電源;第3腳:VEE為液晶顯示器對比度調(diào)整端,接正電源時對比度最弱,接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”,使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度；第4腳:RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器；第5腳:RＷ為讀寫信號線,高電平時進行讀操作,低電平時進行寫操作。當RＳ和ＲW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平ＲW為高電平時可以讀指令,當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù);第6腳：E端為使能端，當Ｅ端為高電平時讀取信息,由高電平跳變成低電平時,液晶模塊執(zhí)行命令；第7～14腳:D0～D７為8位雙向數(shù)據(jù)線;３.5.3LCD顯示電路LＣＤ與單片機的連接如圖3－6所示。溫度測量系統(tǒng)中,ＡT89S51單片機的并口P0與LＣD的8位雙向數(shù)據(jù)線相連接,通過并口輸入或輸出數(shù)據(jù)或指令，從而實現(xiàn)溫度顯示功能,基本操作時序如下。圖３-6液晶顯示電路圖讀狀態(tài)輸入:RS=L,RW=H,E＝H輸出:DＢ0~DB7＝狀態(tài)字寫指令輸入：ＲS=L,RW=Ｌ,E＝下降沿脈沖,DB0~ＤB7=指令碼輸出:無讀數(shù)據(jù)輸入:RＳ=H，RＷ=H，E=Ｈ輸出:DB0～DB7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入：RS=H,RW=Ｌ,E=下降沿脈沖,DB0~ＤＢ7＝數(shù)據(jù)輸出:無把8根數(shù)據(jù)線和P０口連接，把3根控制線和Ｐ２.0、P2.1、P2.2連接。給VＣC端加上+5Ｖ的電壓，ＧND端接地。ＶＥE端的驅(qū)動電壓不要過大，要調(diào)節(jié)滑動變阻器使ＶEE在0．7伏以下顯示器才能工作。3．６報警模塊本設(shè)計采用兩個ＬＥD燈和一個蜂鳴器來實現(xiàn)溫度的越限報警。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，綠色LED指示燈常亮，表明系統(tǒng)正常運行;當系統(tǒng)發(fā)生越限時,紅色LED指示燈常亮，綠色熄滅,蜂鳴器發(fā)出聲音，以此燈光音響報警來表明溫度越限。蜂鳴器的高電平處設(shè)置有手動解除音響按鈕,當系統(tǒng)發(fā)出報警時，運行人員可以根據(jù)需要手動結(jié)束音響效果。圖3－7報警模塊４軟件設(shè)計４．1系統(tǒng)軟件設(shè)計思想本系統(tǒng)軟件部分主要包括主程序、DS18B20測溫模塊程序、LＣＤ顯示程序、按鍵設(shè)置程序報警程序等。主程序是系統(tǒng)的監(jiān)控程序，在程序運行的過程中必須先經(jīng)過初始化，包括鍵盤程序,中斷程序，以及各個控制端口的初始化工作。系統(tǒng)在初始化完成后就進入溫度測量程序，實時的測量當前的溫度,并與設(shè)定的報警溫度上、下限值進行比較,信息通過ＬCD顯示出來。程序中以查詢的方式來重新設(shè)定溫度的上下限。根據(jù)硬件設(shè)計完成對溫度的監(jiān)測。按下鍵盤上的設(shè)置鍵可以設(shè)置新的溫度上、下限值。開始LCD開始LCD初始化寫入報警上下限值復位顯示ERROMDS18B20存在否？NY溫度超上下限？讀取溫度數(shù)據(jù)按鍵掃描結(jié)束轉(zhuǎn)換、顯示顯示OKNY。溫度達到上限？溫度達到上限？報警LED亮LED亮溫度達到下限？報警YYUNNNN 圖４-1系統(tǒng)流程圖4.2測溫模塊程序首先DS１8B２0初始化,復位DS1８B20，然后單片機等待DＳ１8B2０的應(yīng)答脈沖。一旦單片機測量到應(yīng)答脈沖,便發(fā)起跳過ＲOＭ匹配操作命令。成功執(zhí)行了ROM操作命令后,就可以使用內(nèi)存操作命令，啟動溫度轉(zhuǎn)換，延時一段時間后,等待溫度轉(zhuǎn)換完成。再發(fā)起跳過ROＭ匹配操作命令,然后讀暫存器，將轉(zhuǎn)換結(jié)果讀出,并轉(zhuǎn)為顯示碼,送到液晶顯示。DS18B20模塊程序流程圖如圖4-2所示。啟動溫度轉(zhuǎn)換啟動溫度轉(zhuǎn)換讀取溫度溫度處理跳過ROM匹配DS18B20復位跳過ROM匹配DS18B20復位圖4-2DＳ18B20模塊程序流程圖4.３顯示模塊程序首先對LCＤ液晶顯示器進行初始化，按鍵復位后，延時15ms，進行初始化設(shè)置，依次為顯示關(guān)閉、顯示清屏、顯示光