電子專業(yè)-畢業(yè)論文-實(shí)時溫度采集系統(tǒng)（畢業(yè)設(shè)計課程設(shè)計）.doc

燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 I 摘摘 要要 本課題主要介紹了基于 DS18B20 和串口通信技術(shù)的分布式遠(yuǎn)程溫度 監(jiān)控系統(tǒng) DS18B20 是 Dallas 公司推出的單線總線產(chǎn)品 最大的優(yōu)點(diǎn)是只占用 單片機(jī)的一個 I O 引腳 并且可以直接輸出數(shù)字信號 而且精確度很高 所以很適合用于多點(diǎn)測溫系統(tǒng) 本課題采用單片機(jī)與計算機(jī)串口通信的方式來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程采集與控制 的工作 通信采用 RS485 傳輸協(xié)議 并在計算機(jī)端將其轉(zhuǎn)化為 RS232 從 而能夠與計算機(jī)串口連接 單片機(jī)通過對測溫器件 DS18B20 執(zhí)行相應(yīng)的操作來讀取對應(yīng)通道的 溫度 然后將讀取到的溫度通過串行口發(fā)送給計算機(jī) 計算機(jī)通過用 Visual Basic6 編寫的軟件讀取到溫度值后通過顯示器顯示出來 用戶可 以操作軟件繪制溫度曲線和溫度列表 并能夠?qū)⑵浔４娴诫娔X硬盤上 還可以操作軟件選擇測溫通道和測量分辨率等 關(guān)鍵詞 串口通信 分布式測溫 DS18B20 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 II Abstract This subject introduces the serial based on DS18B20 and communication technology distributed remote temperature monitoring system DS18B20 is the 1 wire product of Dallas the biggest advantages is the only occupants of one microcontroller s I O pins and can be directly output digital signal with a high degree of accuracy so it suit for distributed temperature measurement system The subject based on the serial communication between the computer and the MCU Transfer Protocol using RS485 communications and it will be converted into RS232 to connect to the computer The SCM through the DS18B20 to read the temperature and then send it to the computer The computer use the software which is made by Visual Basic6 to read the temperature and then display it The user can use the software to make the curve and the temperature list and the user can save them to the hard disk The user also can chose the access and the temperature measurement resolution Keywords Serial Communication Distributed Temperature DS18B20 III 目目 錄錄 摘 要 I ABSTRACT II 第 1 章 緒論 1 1 1 課題背景 1 1 1 1 傳統(tǒng)測溫的介紹 1 1 1 2 計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展 1 1 2 本章小結(jié) 2 第 2 章 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 3 2 1 51 系列單片機(jī)系統(tǒng)簡介 3 2 2 測溫器件 DS18B20 介紹 3 2 3 串口通信技術(shù)的硬件基礎(chǔ) 5 2 3 1 RS 232 RS 485 簡介 5 2 3 2 器件 MAX232 介紹 7 2 3 3 器件 MAX485 介紹 8 2 4 顯示系統(tǒng)的硬件原理 8 2 4 1 串行寄存器 74LS164 功能 8 2 4 2 數(shù)碼管原理 9 2 4 3 數(shù)字串行顯示的實(shí)現(xiàn) 10 2 5 本章小結(jié) 11 第 3 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 12 3 1 總體程序設(shè)計思路 12 3 1 1 制定通信協(xié)議 12 3 1 2 下位機(jī)的程序設(shè)計思路 12 3 1 3 上位機(jī)軟件的程序功能 14 3 2 下位機(jī)程序分塊介紹 14 3 2 1 DS18B20 的程序介紹 14 3 2 2 串行口收發(fā)程序設(shè)計 17 3 2 3 LED 顯示模塊 18 3 3 上位機(jī)程序分塊介紹 18 3 3 1 MSComm 控件的用法與詳細(xì)介紹 18 3 3 2 界面設(shè)計 19 3 3 3 串口收發(fā)程序設(shè)計 21 IV 3 3 4 繪圖程序 22 3 4 本章小結(jié) 22 第 4 章 仿真與調(diào)試 23 4 1 PROTEUS 介紹 23 4 2 原理圖的輸入 23 4 2 1 工作界面 23 4 2 2 繪制原理圖 24 4 2 3 編輯對象 25 4 3 電路仿真 26 4 4 本章小結(jié) 27 第 5 章 PCB 板的制作 28 5 1 PROTEL簡介 28 5 2 原理圖輸入 28 5 3 PCB 板的制作 29 5 3 1 PCB 的結(jié)構(gòu) 29 5 3 2 PCB 布局 30 5 3 3 PCB 布線 30 5 4 PCB 板的電磁兼容設(shè)計 31 5 5 本章小結(jié) 31 結(jié)論 32 參考文獻(xiàn) 33 附錄 1 35 附錄 2 38 附錄 3 硬件原理圖 41 附錄 4 硬件 PCB 圖 42 附錄 5 實(shí)物照片 43 附錄 6 PROTEUS 仿真截圖 44 附錄 7 電腦軟件界面 45 附錄 8 電腦軟件運(yùn)行截圖 47 附錄 9 VB 源程序 49 附錄 10 單片機(jī)程序 79 V 附錄 11 英文翻譯 91 致謝 98 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 1 第 1 章 緒論 1 1 課題背景 隨著時代的發(fā)展 科技的進(jìn)步 各種復(fù)雜的場合對溫度的測量也提出 了不同的要求 在某些場合要求能夠?qū)崟r監(jiān)控溫度值 并且能夠?qū)⒋罅康?溫度數(shù)據(jù)保存起來 并進(jìn)行集中處理 計算機(jī)的出現(xiàn)使得大量溫度數(shù)據(jù)的 保存及處理成為了可能 但是傳統(tǒng)的酒精或煤油溫度計等卻無法將溫度數(shù) 據(jù)傳遞給計算機(jī) 所以便出現(xiàn)了各式各樣的電子溫度傳感器 而現(xiàn)在大量 采用的是溫敏電阻加 A D 轉(zhuǎn)換的方法 采集溫度雖然方便 但是精度不夠 而且電路復(fù)雜 并不適用與多點(diǎn)測溫 本課題正是針對這種狀況而設(shè)計的 采用了精確的溫度傳感器 并且能夠通過單片機(jī)實(shí)時采集溫度傳送給電腦 用于實(shí)現(xiàn)溫度的遠(yuǎn)程監(jiān)控 而且可以利用電腦的優(yōu)勢存儲大量的溫度數(shù)據(jù) 和實(shí)現(xiàn)對溫度數(shù)據(jù)的處理 1 1 1 傳統(tǒng)測溫的介紹 傳統(tǒng)的溫度測量方法有很多種 酒精溫度計 煤油溫度計 水銀溫度 計 熱電偶 熱電阻 熱敏電阻 輻射高溫計等 酒精 煤油溫度計常用于室溫的測量 也用于實(shí)驗(yàn)室中一些液體或?qū)?驗(yàn)室溫度的測量 水銀常用于體溫計 由于熔點(diǎn)比較高 所以不適合低溫 環(huán)境 熱電偶測溫的原理是 將兩條不同的金屬線的一端連接在一起并加熱 在兩線之間會有一個與溫度成正比的熱離子電壓產(chǎn)生 但在惡劣的環(huán)境中 熱電偶的質(zhì)量可能會受影響 由于水是溶解物質(zhì)所以也可能會引起問題 溫度過高熱電偶金屬可能會熔化 從而改變成分 并且影響讀數(shù) 熱電阻是一種電阻與溫度成正比的溫度傳感器 輻射高溫計是非接觸型溫度傳感器 它可以探測到來自被測物的紅外 輻射并將輻射轉(zhuǎn)換成與溫度成正比的電壓或電流 所以這種方式比較適合 一些非接觸的場合 1 1 2 計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展 計算機(jī)控制系統(tǒng)是隨著現(xiàn)代大型工業(yè)生產(chǎn)自動化的不斷興起而應(yīng)運(yùn)產(chǎn) 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 2 生的綜合控制系統(tǒng) 它緊密依賴于最新發(fā)展的計算機(jī)技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù) 和控制技術(shù) 在計算機(jī)參與工業(yè)系統(tǒng)控制的歷史長河中扮演了重要的角色 1 2 本章小結(jié) 本課題所研究的實(shí)時溫度采集系統(tǒng)相對傳統(tǒng)的測溫方式有很大的優(yōu)勢 不僅電路簡單 而且精度高 測溫范圍大 通信距離遠(yuǎn) 通過電腦還能大 量地采集存儲溫度數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理 所以本系統(tǒng)應(yīng)用的范圍也非常廣 比如可以應(yīng)用于電冰箱的質(zhì)量檢測 中央空調(diào)的溫度控制 同時管理多個對溫度要求較高的車間或?qū)嶒?yàn)室 以 及各種條件惡劣 溫度復(fù)雜多變的環(huán)境 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 3 第 2 章 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 2 1 51 系列單片機(jī)系統(tǒng)簡介 單片機(jī)是現(xiàn)代電子設(shè)計中使用最廣泛的電子元器件 它的價格低廉 功能強(qiáng)大 體積小 性能穩(wěn)定 深受廣大電子設(shè)計愛好者的的喜愛 目前 各類產(chǎn)品中都能看到單片機(jī)的身影 如門鈴 報警器 玩具 以及各類數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)等 2 單片機(jī)以高性能 高速度 體積小 價格低廉 可重復(fù)編程和功能擴(kuò) 展方便等優(yōu)點(diǎn) 獲得廣泛的應(yīng)用 其主要應(yīng)用領(lǐng)域有以下幾點(diǎn) 家用電器及玩具 由于 51 系列單片機(jī)價格低 體積小 控制能力 強(qiáng) 功能擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn) 使其廣泛應(yīng)用于電視 冰箱 洗衣機(jī) 玩具 家用防盜報警器等 智能測量設(shè)備 以前的測量儀表體積大功能單一 限制了測量儀表 的發(fā)展 選用單片機(jī)改造各種測量控制儀表 可以使其體積減小 功能擴(kuò) 展 從而產(chǎn)生新一代的智能化儀表 如各種數(shù)字萬用表 示波器等 機(jī)電一體化產(chǎn)品 機(jī)電一體化產(chǎn)品是指將機(jī)械技術(shù) 微電子技術(shù)和 計算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起 從而產(chǎn)生的具有智能化特性的產(chǎn)品 它是機(jī)械工 業(yè)的主要發(fā)展方向 單片機(jī)可以作為機(jī)電一體化產(chǎn)品的控制器 從而簡化 原機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu) 擴(kuò)展其功能 自動測控系統(tǒng) 采用單片機(jī)可以設(shè)計各種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 自適應(yīng)控 制系統(tǒng)等 如溫度的自動控制 電壓電流的數(shù)據(jù)采集 計算機(jī)控制及通信技術(shù) 51 系列單片機(jī)都有集成的串行通信接口 可以通過該接口和計算機(jī)的串行接口進(jìn)行通信 實(shí)現(xiàn)計算機(jī)的程序控制和 通信等 2 2 測溫器件 DS18B20 介紹 DS18B20 是 DALLAS 公司生產(chǎn)的單線總線數(shù)字溫度傳感器 可把溫 度信號直接通過串行總線輸出到單片機(jī)上 在一條總線上可以同時掛接多 個單線器件 每個器件通過其獨(dú)立的光刻 64 位 ROM 來區(qū)分 總線本身可 以向所有掛接的 DS18B20 供電 而不需額外電源 7 由于 DS18B20 這一特點(diǎn) 非常適合于多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng) 硬件結(jié)構(gòu) 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 4 簡單 方便聯(lián)網(wǎng) 因此在倉庫管理 工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)制造 氣象觀測 科學(xué)研 究以及日常生活中被廣泛應(yīng)用 以下是 DS18B20 的主要特點(diǎn) 獨(dú)特的單線接口 只需一個引腳即可實(shí)現(xiàn)通信 多點(diǎn)能力非常適合于分布式測溫系統(tǒng) 不需要外部元器件 寄生電源功能 可用數(shù)據(jù)線供電而不用另接電源 以數(shù)字值方式輸出溫度 測量范圍大 從 55 到 125 圖 2 1 是 DS10B20 的方框圖 圖 2 1 DS10B20 的方框圖 31 圖 2 2 是 DS18B20 的寄生電源工作方式 當(dāng) I O 引腳位高電平時 便 通過總線獲取維持其工作的電量 這使得 DS18B20 有了一個雙重的優(yōu)點(diǎn) 第一 利用此引腳 遠(yuǎn)程溫度檢測時無需本地電源 第二 缺少正常電源 也可以維持其工作 由于在溫度轉(zhuǎn)換時 其工作電流高達(dá) 1mA 所以必須在單線上提供一 強(qiáng)的上拉 如圖 2 所示 通過一 MOSFET 把 I O 線直接拉到電源即可達(dá)到 這一點(diǎn) 圖 2 2 DS18B20 的寄生電源方式 31 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 5 向 DS18B20 供電的另一種方式是使用連接到 VDD 引腳的外部電源 如圖 2 3 所示 這種方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要強(qiáng)的上拉 上拉電阻也可以省去 圖 2 3 DS18B20 的獨(dú)立供電方式 31 2 3 串口通信技術(shù)的硬件基礎(chǔ) 在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛采用異步串行通信的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信 然而 在進(jìn)行串行通信的線路連接的時候 還需要選擇標(biāo)準(zhǔn)接口 考慮電 平轉(zhuǎn)換 傳輸介質(zhì)等問題 通信的雙方共同遵守某種約定 稱為物理接口標(biāo)準(zhǔn) 包括電纜的機(jī)械 特性 電器特性 信號功能及傳輸過程的定義 對于串行接口 目前用得 比較多的是 RS 232 標(biāo)準(zhǔn) RS 422 標(biāo)準(zhǔn)以及 RS 485 標(biāo)準(zhǔn)等 在遠(yuǎn)距離 干擾大 或者和計算機(jī)進(jìn)行串口通信的場合 需要考慮選用串行接口標(biāo)準(zhǔn) 的問題 2 3 1 RS 232 RS 485 簡介 RS 232 標(biāo)準(zhǔn)是美國電子工業(yè)協(xié)會 EIA 與 Bell 等公司一起開發(fā) 于 1962 年公布 1969 年最后修訂的串行通信協(xié)議 它適合于 0 20000b s 范圍內(nèi)的通信 字母 RS 表示 Recommended Standard 232 是識別代號 RS 232 標(biāo)準(zhǔn)最初是為遠(yuǎn)程通信連接數(shù)據(jù)終端 DTE 與數(shù)據(jù)通信設(shè)備 DCE 而制定的 目前 計算機(jī)與終端或外設(shè)之間的近距離連接 很多都采 用 RS 232 接口 例如串口的鼠標(biāo) 鍵盤 以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等 在 RS 232 標(biāo)準(zhǔn)中 對串行通信接口的信號功能 電器特性和機(jī)械特性等都做了 明確的規(guī)定 由于 RS 232 在微機(jī)系統(tǒng)中的廣泛使用 加上 51 系列單片機(jī) 內(nèi)部集成的異步串行通行接口 使得它們之間的連接很方便 RS 232 的機(jī)械特性主要規(guī)定了使用的連接器的機(jī)械規(guī)格和電纜長度 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 6 由于在 RS 232 標(biāo)準(zhǔn)中只規(guī)定采用一對物理連接器 但對連接器本身的 物理特性沒有具體的定義 因此市場上出現(xiàn)了 DB 25 DB 15 和 DB 9 等 各種類型的連接器 其引腳的定義也各不相同 目前使用最多的是 DB 9 型連接器 一般的計算機(jī)和測控儀器中都使用 DB 9 型 RS 232 引腳結(jié)構(gòu) 如圖 2 4 所示 圖 2 4 DB 9 型 RS232 引腳結(jié)構(gòu) 表 2 1 是各管腳的說明 表 2 1 RS232 管腳說明 舊制 JIS 名稱 新制 JIS 名稱 全 稱說 明 FGSGFrame Ground連到機(jī)器的接地線 TXDSDTransmitted Data數(shù)據(jù)輸出線 RXDRDReceived Data數(shù)據(jù)輸入線 RTSRSRequest to Send要求發(fā)送數(shù)據(jù) CTSCSClear to Send回應(yīng)對方發(fā)送的 RTS 的發(fā)送許可 DSRDRData Set Ready告知本機(jī)在待命狀態(tài) DTRERData Terminal Ready告知數(shù)據(jù)終端處于待命狀態(tài) CDCDCarrier Detect載波檢出 SGSGSignal Ground信號線的接地線 現(xiàn)在通常計算機(jī)均配有這種標(biāo)準(zhǔn)的 232 接口 通常這種接口用于聯(lián)接 鼠標(biāo) MODEM 或打印機(jī)等外部設(shè)備 實(shí)際應(yīng)用中 電子工程師在設(shè)計計算機(jī)與外圍設(shè)備的通信時 通常在 9 針的基礎(chǔ)再進(jìn)行簡化 只用其中的 2 3 5 三個管腳進(jìn)行通信 這三個 管腳分別是接收線 發(fā)送線和地線 在一般情況下即可滿足通訊的要求 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 7 計算機(jī)和外部通訊的接線方法如圖 2 5 圖中 2 3 兩腳是交叉互聯(lián)的 因 為一個設(shè)備的發(fā)送線必須聯(lián)接到另外一臺設(shè)備的接收線上 反之亦然 圖 2 5 計算機(jī)與外部通信電路圖 RS 485 標(biāo)準(zhǔn)是一種平衡傳輸方式的串行接口標(biāo)準(zhǔn) RS 485 標(biāo)準(zhǔn)是一種 多發(fā)送器的電路標(biāo)準(zhǔn) 允許在雙導(dǎo)線上有多個發(fā)送器 也允許一個發(fā)送器 驅(qū)動多個負(fù)載設(shè)備 RS 485 標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng) 傳輸距離遠(yuǎn) 速率高 如果采用 雙絞線傳輸信號 若最大傳輸速率為 10Mb s 傳輸距離為 15m 在最大 100kb s 的傳輸速率下 可以傳輸 1200m 如果最大傳輸速率為 9600b s 則傳輸距離可達(dá) 1500m RS 485 標(biāo)準(zhǔn)最多允許在平衡電纜上連接 32 個發(fā)送器 接收器 特別適 用于工業(yè)控制領(lǐng)域進(jìn)行分布式管理 聯(lián)網(wǎng)檢測控件等 目前得到了很廣泛 的應(yīng)用 2 3 2 器件 MAX232 介紹 電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX232 是美信公司設(shè)計專用于進(jìn)行將 TTL 電平轉(zhuǎn)換 成 RS 232 電平的芯片 片內(nèi)有泵電源 能將 5V 電壓在芯片內(nèi)提高到 RS 232 電平所需的 10V 或 10V 電平 轉(zhuǎn)換電路如圖 2 6 所示 其中 1uF 電容最好用金屬鉭電容 并且安裝時盡量靠近芯片 信號傳輸線可用雙芯 屏蔽線 雙芯作為信號線 外層屏蔽線作為地線 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 8 圖 2 6 MAX232 電平轉(zhuǎn)換電路 2 3 3 器件 MAX485 介紹 目前常用的與 TTL 的電平接口的 RS 485 傳輸線發(fā)送 驅(qū)動 器和接 收器芯片是差分平衡收發(fā)器 MAX485 其片內(nèi)含有一個發(fā)送器和一個接收 器 MAX485 的 1 腳 RO 為接收器輸出 接 TTL 電平 RXD 信號 4 腳 DI 為發(fā)送器輸入 接 TTL 電平 TXD 信號 7 腳為發(fā)送器和接收器的 VT 6 腳為發(fā)送器和接收器的 VT 接傳輸線 3 腳 DE 為發(fā)送使能端 接 5V 2 腳 RE 是接收使能端 應(yīng)接地 2 4 顯示系統(tǒng)的硬件原理 2 4 1 串行寄存器 74LS164 功能 74LS164 為 8 位串入并出的移位寄存器 10 當(dāng)清除端 Clear 為低電 平時 輸出端 QA QH 均為低電平 串行數(shù)據(jù)輸入端 A B 可控制 輸入數(shù)據(jù) 當(dāng) A 或 B 任意一個為低電平 則禁止新數(shù)據(jù)輸入 在時鐘端 Clock 脈沖上升沿作用下 QA為低電平 當(dāng) A B 有一個為高電平 則 另一個就允許輸入數(shù)據(jù) 并在 Clock 上升沿的作用下決定 QA的狀態(tài) 其 真值表如圖 所示 H 為高電平 L 為低電平 為任意電平 為上升 沿 QA0 QB0 QC0 QH0為規(guī)定的穩(wěn)態(tài)條件建立前的電平 QAn QBn QGn為最近的上升沿前的電平 表 2 2 為 74LS164 的真值表 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 9 表 2 2 74LS164 的真值表 輸入輸出 ClearClockA BQA QB QC QH L H H H H L H H L L L L L L QA0 QB0 QC0 QH0 H QAn QBn QGn L QAn QBn QGn L QAn QBn QGn 2 4 2 數(shù)碼管原理 常用的數(shù)碼管有 7 段 8 段和 米 字段之分 并分為共陰極和共陽 極兩種 共陰極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起 通常此公 共陰極接地 當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極接高電平時 發(fā)光二極管點(diǎn)亮 相 應(yīng)的段被顯示 同樣 共陽極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一 起 通常此公共陽極接正電壓 當(dāng)某個發(fā)光二極管的陰極接低電平時 發(fā) 光二極管被點(diǎn)亮 相應(yīng)的段被顯示 使用數(shù)碼管時 為了顯示數(shù)字或符號 要為數(shù)碼管提供代碼 因?yàn)檫@ 些代碼是通過各段的亮與滅來為顯示不同字型的 因此稱之為段碼 各字 符與段碼的對應(yīng)關(guān)系如表 2 3 所示 數(shù)碼管常用的顯示方式有兩種 靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式 數(shù)碼管工作于靜態(tài)顯示方式時 各位的共陰極 或共陽極 連接在一 起并接地 或 5V 每位的段選線分別與一個 8 位的鎖存器輸出相連 所 以稱為靜態(tài)顯示 數(shù)碼管工作于動態(tài)顯示方式時 通常將所有的段選線并聯(lián)在一起 由 一個 8 位 I O 口控制 形成段選線的多路復(fù)用 而各位的公共極分別由相 應(yīng)的 I O 線控制 實(shí)現(xiàn)各位的分時選通 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 10 表 2 3 共陰極數(shù)碼管字符段碼對照表 顯示字符共陰極共陽極顯示字符共陰極共陽極 03FHC0Hc39HC6H 106HF9Hd5EHA1H 25BHA4HE79H86H 34FHB0HF71H8EH 466H99HP73H8CH 56DH92HU3EHC1H 67DH82HT31HCEH 707HF8HY6EH91H 87FH80HH76H89H 96FH90HL38HC7H A77H88H 滅 00HFFH b7CH83H 40HBFH 2 4 3 數(shù)字串行顯示的實(shí)現(xiàn) 本課題的 LED 顯示部分采用串行移位寄存器 74LS164 驅(qū)動共陰極數(shù) 碼管實(shí)數(shù)據(jù)的靜態(tài)顯示 電路圖如圖 2 7 所示 最靠近數(shù)據(jù)輸入方向的數(shù)碼管用于顯示溫度通道 其他四個用于顯示 溫度數(shù)值 當(dāng)溫度為負(fù)數(shù)時 第二個數(shù)碼管用于顯示溫度的符號 最后一 個數(shù)碼管用于顯示溫度的小數(shù)部分 顯示精度為 0 5 圖 2 7 數(shù)碼管顯示電路 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 11 2 5 本章小結(jié) 本章主要介紹了整個系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計 包括單片機(jī)的介紹 RS232 RS485 通信的原理 測溫原理以及數(shù)碼管的顯示等 由于 DS18B20 獨(dú)特的一線總線結(jié)構(gòu) 很容易實(shí)現(xiàn)分布式測溫 而且硬 件結(jié)構(gòu)簡單 連線方便 并通過 RS485 協(xié)議傳輸 能夠傳輸很遠(yuǎn)的距離 所以本系統(tǒng)很適合于遠(yuǎn)距離分布式測溫的工作 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 12 第 3 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 3 1 總體程序設(shè)計思路 3 1 1 制定通信協(xié)議 要想實(shí)現(xiàn)通信必須得有通信協(xié)議 只有通信雙方都遵守這一協(xié)議才能 實(shí)現(xiàn)正確的通信 完成正確的數(shù)據(jù)收發(fā)過程 由于本課題通信的數(shù)據(jù)和 控制命令不太復(fù)雜 因此通信協(xié)議的制定也比較簡單 如圖 3 1 所示 圖 3 1 通信協(xié)議 3 1 2 下位機(jī)的程序設(shè)計思路 由于硬件結(jié)構(gòu)簡單 單片機(jī)與 DS18B20 的連接只需一個 I O 口 所以 任何數(shù)據(jù)讀取和命令發(fā)送比較復(fù)雜 必須嚴(yán)格按照 DS18B20 的時隙來工 作 首先是復(fù)位操作 復(fù)位成功后才能繼續(xù)執(zhí)行相應(yīng)的 ROM 操作 由于 ROM 操作完成后將要發(fā)送的是針對所有器件轉(zhuǎn)換溫度命令 所以此次 ROM 操作執(zhí)行跳過 ROM ROM 操作完成后開始轉(zhuǎn)換溫度 由于 DS18B20 轉(zhuǎn)換溫度需要一段時間 所以再發(fā)送出轉(zhuǎn)換溫度命令后必須進(jìn)行 延時 等待器件轉(zhuǎn)換完成后再執(zhí)行下一步的復(fù)位操作 復(fù)位成功后繼續(xù) ROM 操作 此時將要讀取數(shù)據(jù) 所以必須進(jìn)行匹配 ROM 操作 選擇相應(yīng) 的器件 以讀取其溫度 讀取完畢即可通過單片機(jī)發(fā)送給電腦以進(jìn)行下一 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 13 步的處理 圖 3 2 是 DS18B20 測溫程序流程圖 開始 復(fù)位 跳過 ROM 轉(zhuǎn)換溫度 延時 匹配 ROM 復(fù)位 讀暫存器 CRC 校驗(yàn) 發(fā)送溫度顯示溫度 失敗 成功 失敗 成功 錯誤 正確 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 14 圖 3 2 多點(diǎn)溫度采集程序框圖 3 1 3 上位機(jī)軟件的程序功能 上位機(jī)軟件采用 Visual Basic6 0 編寫 主要用于實(shí)時地顯示采集的溫 度和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 并能夠有效地進(jìn)行遠(yuǎn)程控制 因此上位機(jī)軟件應(yīng)具有 顯示溫度 選擇測溫通道 調(diào)整溫度精度 繪制溫度曲線以及記錄溫度等 功能 以下是該軟件功能的詳細(xì)介紹 本軟件能夠通過串口接收單片機(jī)發(fā)送過來的溫度數(shù)據(jù) 接收到后通過 軟件上的顯示部分將溫度值顯示出來 用戶單擊主界面上的小顯示窗口后 會彈出一個單獨(dú)的大的溫度顯示窗口 這使得用戶能夠很方便的觀察溫度 值 本軟件還具有一定的數(shù)據(jù)處理功能 可以單擊 繪制曲線 按鈕繪制 溫度曲線或單擊 采集溫度 按鈕制作溫度列表并將其保存到電腦上 同 時還可以調(diào)整采集的間隔和時長 本軟件還具有報警功能 當(dāng)溫度值超出 設(shè)定好的上下限范圍后便會啟動報警 同時繪制的溫度曲線將會以紅色顯 示 本軟件還附帶一個讀取 DS18B20 的 64 位 ROM 的小工具 首先對單 片機(jī)燒寫響應(yīng)的讀取 ROM 的程序 單片機(jī)讀取到 ROM 值后會發(fā)送給計 算機(jī) 計算機(jī)通過該工具接收后會分析單片機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù) 然后將 ROM 值提取出來并轉(zhuǎn)化為單片機(jī)代碼 3 2 下位機(jī)程序分塊介紹 下位機(jī)主要用于溫度數(shù)據(jù)的采集與發(fā)送和數(shù)據(jù)的顯示 因此下位機(jī)軟 件應(yīng)該包括對 DS18B20 的讀寫操作 串行口的收發(fā)以及數(shù)碼管顯示三個部 分 3 2 1 DS18B20 的程序介紹 由于 DS18B20 與單片機(jī)的連接十分簡單 只需一根線即可 因此只能 采用串行傳輸?shù)姆绞?并且需嚴(yán)格按照規(guī)定的流程進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取和命令 的發(fā)送等操作 所以程序編寫要相對復(fù)雜許多 下面是 DS18B20 的常用操 作 一 復(fù)位操作 主機(jī)通過拉低單線 480us 以上 產(chǎn)生復(fù)位脈沖 在主機(jī)釋放總線后產(chǎn) 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 15 生一個上升沿 單線器件 DS18B20 檢測到該上升沿后 延時 15 60us 通過拉低總線 60 240us 來產(chǎn)生應(yīng)答脈沖 主機(jī)接收到應(yīng)答脈沖后 說明 有單線器件在線 然后即可進(jìn)行下一步操作 24 二 讀操作 讀取數(shù)據(jù)時 把數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平 低電平保持最少 1us 來自 DS18B20 的輸出數(shù)據(jù)在讀時隙下降沿之后 15us 內(nèi)有效 所有讀時隙 最短必須持續(xù) 60us 兩時隙之間最少保持 1us 的回復(fù)時間 三 寫操作 主機(jī)將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平時產(chǎn)生寫時隙 DS18B20 在 DQ 變 低的后的 15 60us 進(jìn)行采樣 為高就寫 1 為低就寫 0 對 DS18B20 的存儲器操作命令都是通過寫操作實(shí)現(xiàn)的 如表 3 1 所示 表 3 1 DS18B20 的寫操作命令 指令名稱代碼功能 寫存儲器 4EH 主機(jī)向存儲器中寫數(shù)據(jù) 讀存儲器 BEH 主機(jī)連續(xù)讀 0 8 存儲器內(nèi)容 復(fù)制存儲器 48H 復(fù)制 TH TL等存儲器的內(nèi)容到 EEPROM 中 溫度轉(zhuǎn)換 44H 啟動溫度轉(zhuǎn)換 重新調(diào)出 B8H 從 EEPROM 調(diào)出 TH TL等數(shù)據(jù)到存儲器中 讀電源 B4H 器件向主機(jī)傳送它的供電方式 四 ROM 操作 64 位光刻 ROM 記錄了器件的識別信息 每一個 DS18B20 包括一個唯 一的 64 位的光刻 ROM 開始的 8 位是單線產(chǎn)品系列編碼 接著的 48 位 是唯一的系列號 最后的 8 位是開始 56 位的 CRC 校驗(yàn)數(shù)據(jù) 主機(jī)通過發(fā) 出匹配 ROM 命令后 可向其發(fā)出特定的操作指令 ROM 操作指令如表 3 2 所示 表 3 2 DS18B20 的 ROM 操作命令 指令名稱代碼功能 讀 ROM 33H 在口線上接一個器件時讀其 ROM 碼 匹配 ROM 55H 找出某個指定的 ROM 碼的器件 跳過 ROM CCH 對口線上所有器件的操作 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 16 搜索 ROM F0H 口線上有多個器件時 找出每個器件的 ROM 碼 搜索報警 ECH 找出各器件是否超限 讀 ROM 命令允許總線主機(jī)讀 DS18B20 的 8 位產(chǎn)品系列編碼 唯一的 48 位序列號 以及 8 位的 CRC 此命令只能在總線上僅有一個 DS18B20 的情況下使用 如果總線上存在多于一個的從屬器件 那么當(dāng)所有從片企 圖同時發(fā)送時將發(fā)生數(shù)據(jù)沖突的現(xiàn)象 在使用匹配 ROM 命令后 繼續(xù)發(fā)送 64 位的 ROM 數(shù)據(jù)系列 允許總 線主機(jī)對多點(diǎn)總線上特定的 DS18B20 尋址 只有與 64 位 ROM 序列嚴(yán)格 相符的 DS18B20 才能對后繼的存儲器操作命令作出響應(yīng) 所有與 64 位 ROM 序列不符的從片將等待復(fù)位脈沖 此命令在總線上有單個或多個器 件的情況下均可使用 跳過 ROM 命令通過允許總線主機(jī)不提供 64 位 ROM 編碼而訪問存儲 器操作來節(jié)省時間 如果在總線上存在多個 DS18B20 時 由于以后的操 作是對所有器件有效的 所以在執(zhí)行完跳過 ROM 命令后 多個器件同時 發(fā)送數(shù)據(jù)時會在總線上發(fā)生數(shù)據(jù)沖突 而當(dāng)確實(shí)是想要對所有器件進(jìn)行操 作或只有單只器件在線時 這一命令將變得十分有用 五 讀存儲器 DS18B20 的存儲器由 9 個字節(jié)組成 如圖 3 3 圖 3 3 DS18B20 的存儲器結(jié)構(gòu)圖 31 byte0 用于存儲溫度的高字節(jié) byte1 用于存儲溫度的低字節(jié) 其存儲 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 17 格式如圖 3 4 所示 圖 3 4 DS18B20 的溫度存儲格式 31 byte2 byte3 是 TH 和 TL 的易失性拷貝 在每一次上電復(fù)位時被刷新 溫度值與貯存在 TH 與 TL 內(nèi)的觸發(fā)值相比較 因?yàn)檫@些寄存器僅僅是 8 位 所以 0 5 位在比較時被忽略 TH 或 TL 的最高有效位直接對應(yīng)于 16 位溫度寄存器的符號位 如果溫度測量的結(jié)果高于 TH 或低于 TL 那么器 件內(nèi)告警標(biāo)志將置位 每次溫度測量更新次標(biāo)志 只要告警標(biāo)志位置位 DS18B20 將對告警搜索命令作出響應(yīng) 這允許并聯(lián)許多的 DS18B20 同 時進(jìn)行溫度測量 如果某處溫度超過極限 那么可以識別出正在告警的器 件并立即將其讀出而不必讀出非告警的器件 六 CRC 校驗(yàn) 在 ROM 的高 8 位和存儲器的第九個字節(jié)存儲了 8 位的 CRC 校驗(yàn)數(shù)據(jù) 在接收完畢后可以通過 CRC 校驗(yàn)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)接收的正確性 七 分辨率的調(diào)整 DS18B20 提供了四種分辨率的調(diào)整 如圖 3 5 通過設(shè)置配位寄存器 R1 R0 的值可以調(diào)整不同的分辨率 同時不同的分辨率也對應(yīng)不同的溫 度轉(zhuǎn)換時間 如表 3 3 所示 圖 3 5 DS18B20 的分辨率位置 31 表 3 3 DS18B20 的分辨率與寄存器對照表 R1R0分辨率轉(zhuǎn)換時間 009 bit93 75ms 0110 bit187 5ms 1011 bit375ms 1112 bit750ms 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 18 3 2 2 串行口收發(fā)程序設(shè)計 單片機(jī)與計算機(jī)的通信協(xié)議如圖 3 1 所示 單片機(jī)每次調(diào)用發(fā)送函數(shù)時發(fā)送 4 個字節(jié) 第一個字節(jié)為起始位 用 大寫英文字母 S 表示 用于上位機(jī)判斷所接收到數(shù)據(jù)的順序 第二個 字節(jié)為溫度正負(fù)標(biāo)識位 數(shù)字 0 表示正數(shù) 數(shù)字 1 表示負(fù)數(shù) 用于 上位機(jī)判斷溫度的正負(fù) 第三個字節(jié)和第四個字節(jié)分別是溫度值的整數(shù)部 分和小數(shù)部分 單片機(jī)每次接收的控制命令包含在一個字節(jié)內(nèi) 低兩位為溫度精度 單片機(jī)通過提取低兩位的信息來調(diào)整測溫器件 DS18B20 的測溫分辨率 3 4 5 位用于選擇測溫通道 本課題共有 5 個測溫通道 單片機(jī)將通道 數(shù)據(jù)讀出后 使用 匹配 ROM 命令選擇將要在總線上傳送溫度的器件 最后將讀取的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送出去 3 2 3 LED 顯示模塊 LED 顯示模塊采用 5 個移位寄存器 74LS164 控制 5 個共陰極數(shù)碼管實(shí) 現(xiàn) 采用這種顯示方式的優(yōu)點(diǎn)是占用單片機(jī)引腳較少 并且容易實(shí)現(xiàn)靜態(tài) 顯示 使得數(shù)碼管的亮度較高 3 3 上位機(jī)程序分塊介紹 上位機(jī)主要用于接收下位機(jī)傳送的溫度數(shù)據(jù) 然后進(jìn)行相應(yīng)的處理并 能夠保存在計算機(jī)上 另外還具有相應(yīng)的設(shè)置及報警等功能 3 3 1 MSComm 控件的用法與詳細(xì)介紹 MSComm 控件是 Visual Basic6 0 中用于計算機(jī)串口通信的一個控件 它一般不會直接顯示在 VB 左邊的控件欄里邊 可以通過選擇上面菜單欄 里邊的 工程 部件 然后在彈出的部件對話框里選擇 Microsoft Comm Control 6 0 點(diǎn)擊確定后就會在左邊的控件欄里顯示出一個電話樣 式的圖標(biāo) 這就是 MSComm 控件 MSComm 控件通過串行端口傳輸和接收數(shù)據(jù) 為應(yīng)用程序提供串行 通訊功能 MSComm 控件在串口編程時非常方便 程序員不必去花時間 去了解較為復(fù)雜的 API 函數(shù) 而且在 VC VB Delphi 與 C 等語言中均 可使用 MSComm 控件是 Microsoft 公司提供的簡化 Windows 下串行通信 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 19 編程的 ActiveX 控件 它為應(yīng)用程序提供了通過串行接口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡便 方法 具體的來說 它提供了兩種處理通信問題的方法 一是事件驅(qū)動 Event driven 方法 一是查詢法 事件驅(qū)動通訊是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法 在許 多情況下 在事件發(fā)生時需要得到通知 例如 在串口接收緩沖區(qū)中有字 符 或者 Carrier Detect CD 或 Request To Send RTS 線上一個字符到 達(dá)或一個變化發(fā)生時 在這些情況下 可以利用 MSComm 控件的 OnComm 事件捕獲并處理這些通訊事件 OnComm 事件還可以檢查和處 理通訊錯誤 所有通訊事件和通訊錯誤的列表 參閱 CommEvent 屬性 在編程過程中 就可以在 OnComm 事件處理函數(shù)中加入自己的處理代碼 這種方法的優(yōu)點(diǎn)是程序響應(yīng)及時 可靠性高 每個 MSComm 控件對應(yīng)著 一個串行端口 如果應(yīng)用程序需要訪問多個串行端口 必須使用多個 MSComm 控件 查詢方式實(shí)質(zhì)上還是事件驅(qū)動 但在有些情況下 這種方式顯得更為 便捷 在程序的每個關(guān)鍵功能之后 可以通過檢查 CommEvent 屬性的值 來查詢事件和錯誤 如果應(yīng)用程序較小 并且是自保持的 這種方法可能 是更可取的 例如 如果寫一個簡單的電話撥號程序 則沒有必要對每接 收一個字符都產(chǎn)生事件 因?yàn)槲ㄒ坏却邮盏淖址钦{(diào)制解調(diào)器的 確定 響應(yīng) 3 3 2 界面設(shè)計 上位機(jī)程序主界面如圖 3 6 所示 整個主界面按功能可分為菜單欄 控制部分和顯示部分 剩余的還包括一個用于串口通信的 MSComm 控件 和三個 Timer 控件 其中 MSComm 控件和 Timer 控件在程序運(yùn)行時不可 見 菜單欄包括 文件 工具 和 關(guān)于 三個菜單 3 其中 文件 菜 單包括 保存文檔 保存曲線 和 關(guān)閉 三個選項(xiàng) 分別用于保存采 集的溫度列表 保存繪制好的溫度曲線和退出程序 工具 菜單包括一 個讀取測溫器件 DS18B20 的小工具 關(guān)于 菜單是關(guān)于本軟件的介紹 控制部分包括通道選擇 閾值設(shè)置 采集時長與間隔設(shè)置 精度控制 部分和對溫度列表的功能控制部分 其中通道選擇功能是使用一個 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 20 ComboBox 控件實(shí)現(xiàn)的 閾值設(shè)置與采集時間設(shè)置是分別使用一個 Frame 控件 兩個 Label 控件和兩個 TextBox 控件實(shí)現(xiàn)的 精度控制部分使用的 是一個 Frame 控件和四個 OptionButton 控件 而溫度列表控制部分使用的 是一個 TextBox 控件 一個 Label 控件和三個 CommandButton 控件 顯示部分包括溫度顯示 曲線繪制和溫度列表三個部分 其中溫度顯 示部分使用了五個 Image 控件組成的控件數(shù)組 兩個 Label 控件和一個 Frame 控件 曲線繪制部分值使用了一個 PictureBox 控件 溫度列表使用 了一個 TextBox 控件 4 圖 3 6 上位機(jī)程序主界面 除了主窗口外本軟件還包含兩個子窗口 一個是放大的溫度顯示窗口 可通過單擊溫度顯示部分彈出 如圖 3 7 另一個是讀取 ROM 窗口 可通 過菜單欄的 工具 讀取 ROM 彈出 如圖 3 8 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 21 圖 3 7 溫度顯示窗口 圖 3 7 讀 ROM 窗口 3 3 3 串口收發(fā)程序設(shè)計 要想實(shí)現(xiàn)串口收發(fā)需要使用 MSComm 控件 13 同時必須正確地設(shè)置 MSComm 控件的各個屬性才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的正常收發(fā) 其中主要屬性的介 紹與設(shè)置如下 PortOpen 屬性 設(shè)置并返回通訊端口的狀態(tài) 可通過設(shè)置該端口的值 來打開和關(guān)閉端口 只有該端口設(shè)置為 Ture 時才能實(shí)現(xiàn)串口通信 本軟 件在 Form Load 函數(shù)里將其設(shè)置為 Ture 即打開計算機(jī)的串口 CommPort 屬性 設(shè)置并返回通訊端口號 在設(shè)計時 value 可以設(shè)置 成從 1 到 16 的任何數(shù) 缺省值為 1 但是如果用 PortOpen 屬性打開 一個并不存在的端口時 MSComm 控件會產(chǎn)生錯誤 68 設(shè)備無效 本 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 22 軟件默認(rèn)設(shè)置為 1 SThreshold 屬性 設(shè)置或返回引發(fā)發(fā)送事件的字節(jié)數(shù) 默認(rèn)為 0 即 不引發(fā)發(fā)送事件 本軟件設(shè)置為 1 即 1 個字節(jié)就引發(fā)發(fā)送時間 RThreshold 屬性 設(shè)置或返回引發(fā)接收事件的字節(jié)數(shù) 默認(rèn)為 0 即 不引發(fā)接收事件 本軟件設(shè)置為 1 即接收到一個字節(jié)就引發(fā)接收事件 Settings 屬性 設(shè)置并返回波特率 奇偶校驗(yàn) 數(shù)據(jù)位 停止位參數(shù) 由于波特率越大 最大通信距離越短 所以考慮到本課題的應(yīng)用范圍比較 大 故設(shè)置波特率為 110bit s 奇偶校驗(yàn)設(shè)置為 n 即不需要奇偶校驗(yàn) 數(shù) 據(jù)位設(shè)置位 8 即一個字節(jié) 停止位設(shè)置為 1 InputMode 屬性 用于設(shè)置數(shù)據(jù)取回的方式 設(shè)置為 0 默認(rèn) 時 以文本方式取回數(shù)據(jù) 設(shè)置為 1 時 以二進(jìn)制方式取回數(shù)據(jù) 3 3 4 繪圖程序 該程序用于在 PictureBox 控件中繪制坐標(biāo)函數(shù)和溫度曲線 1 并可以通 過調(diào)整采集時長來調(diào)整橫坐標(biāo)的刻度 通過調(diào)整閾值中的上下限來調(diào)整溫 度曲線的顏色 坐標(biāo)效果如圖 3 8 所示 圖 3 8 PictureBox 控件中的坐標(biāo)效果 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 23 3 4 本章小結(jié) 本章主要介紹了整個系統(tǒng)的軟件部分 包括用 C 語言編寫單片機(jī)程序 和用 Visual Basic6 編寫的計算機(jī)軟件 單片機(jī)程序主要分為三部分 讀取測溫器件 DS18B20 的溫度 顯示溫 度并將溫度發(fā)送給電腦 而使用 Visual Basic6 編寫的計算機(jī)端軟件則主要 是用于接收單片機(jī)發(fā)送到的數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)的處理 對數(shù)據(jù)的處理工作主 要是繪制溫度曲線和制作溫度列表 此外該軟件還具有對單片機(jī)工作的一 些控制功能 能夠?qū)纹瑱C(jī)發(fā)送精度選擇命令和通道選擇命令 再通過單 片機(jī)對 DS18B20 的寫存儲器操作實(shí)現(xiàn)精度的選擇和測溫通道的選擇 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 24 第 4 章 仿真與調(diào)試 4 1 PROTEUS 介紹 Proteus ISIS 是英國 Labcenter 公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件 它運(yùn)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 該軟件的特點(diǎn)是 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 單片機(jī)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 鍵盤和 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 支 持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真 目前支持的單片機(jī)類型有 68000 系列 8051 系列 AVR 系列 PIC12 系列 PIC16 系列 PIC18 系列 Z80 系列 HC11 系列以及各種外圍芯片 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(diǎn)等調(diào)試功能 同時可以觀察各個變量 寄存器等的當(dāng) 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 Keil C51 uVision2 等軟件 具有強(qiáng)大的 原理圖繪制功能 總之 該軟件是一款集單片機(jī)和 SPICE 分析于一身的仿 真軟件 功能極其強(qiáng)大 5 4 2 原理圖的輸入 4 2 1 工作界面 Proteus ISIS 的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的 Windows 界面 如圖 4 1 所示 包括 標(biāo)題欄 主菜單 標(biāo)準(zhǔn)工具欄 繪圖工具欄 狀態(tài)欄 對象選擇按 鈕 預(yù)覽對象方位控制按鈕 仿真進(jìn)程控制按鈕 預(yù)覽窗口 對象選擇器 窗口 圖形編輯窗口 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 25 圖 4 1 Proteus ISIS 的工作界面 4 2 2 繪制原理圖 1 畫導(dǎo)線 Proteus 的智能化可以在你想要畫線的時候進(jìn)行自動檢測 當(dāng)鼠標(biāo)的 指針靠近一個對象的連接點(diǎn)時 跟著鼠標(biāo)的指針就會出現(xiàn)一個 號 鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊元器件的連接點(diǎn) 移動鼠標(biāo) 不用一直按著左鍵 就 出現(xiàn)了 粉紅色的連接線變成了深綠色 如果你想讓軟件自動定出線路徑 只需左 擊另一個連接點(diǎn)即可 這就是 Proteus 的線路自動路徑功能 簡稱 WAR 如果你只是在兩個連接點(diǎn)用鼠標(biāo)左擊 WAR 將選擇一個合適的線徑 WAR 可通過使用工具欄里的 WAR 命令按鈕來關(guān)閉或打開 也可以在菜單欄 的 Tools 下找到這個圖標(biāo) 如果你想自己決定走線路徑 只需在想要 拐點(diǎn)處點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵即可 在此過程的任何時刻 你都可以按 ESC 或者點(diǎn) 擊鼠標(biāo)的右鍵來放棄畫線 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 26 2 畫總線 為了簡化原理圖 我們可以用一條導(dǎo)線代表數(shù)條并行的導(dǎo)線 這就是 所謂的總線 點(diǎn)擊工具箱的總線按鈕 即可在編輯窗口畫總線 3 畫總線分支線 點(diǎn)擊工具的按鈕 畫總線分支線 它是用來連接總線和元器件管腳的 畫總線的時候?yàn)榱撕鸵话愕膶?dǎo)線區(qū)分 我們一般喜歡畫斜線來表示分支線 但是這時如果 WAR 功能打開是不行的 需要把 WAR 功能關(guān)閉 畫好分支線 我們還需要給分支線起個名字 右鍵點(diǎn)擊分支線選中它 接著左鍵點(diǎn)擊選 中的分支線就會出現(xiàn)分支線編輯對話框同端是連接在一起的 放置方法是 用鼠標(biāo)單擊連線工具條中圖標(biāo)或者執(zhí)行 Place Net Label 菜單命令 這 時光標(biāo)變成十字形并且將有一虛線框在工作區(qū)內(nèi)移動 再按一下鍵盤上的 Tab 鍵 系統(tǒng)彈出網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號屬性對話框 在 Net 項(xiàng)定義網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號比如 PB0 單擊 OK 將設(shè)置好的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號放在第一步放置的短導(dǎo)線上 單擊 鼠標(biāo)左鍵即可將之定位 放置總線將各總線分支連接起來 方法是單擊放 置工具條中圖標(biāo)或執(zhí)行 Place Bus 菜單命令 這時工作平面上將出現(xiàn)十 字形光標(biāo) 將十字光標(biāo)移至要連接的總線分支處單擊鼠標(biāo)左鍵 系統(tǒng)彈出 十字形光標(biāo)并拖著一條較粗的線 然后將十字光標(biāo)移至另一個總線分支處 單擊鼠標(biāo)的左鍵 一條總線就畫好了 4 放置線路節(jié)點(diǎn) 如果在交叉點(diǎn)有電路節(jié)點(diǎn) 則認(rèn)為兩條導(dǎo)線在電氣上是相連的 否則 就認(rèn)為它們在電氣上是不相連的 ISIS 在畫導(dǎo)線時能夠智能地判斷是否要 放置節(jié)點(diǎn) 但在兩條導(dǎo)線交叉時是不放置節(jié)點(diǎn)的 這時要想兩個導(dǎo)線電氣 相連 只有手工放置節(jié)點(diǎn)了 點(diǎn)擊工具箱的節(jié)點(diǎn)放置按鈕 當(dāng)把鼠標(biāo)指 針移到編輯窗口 指向一條導(dǎo)線的時候 會出現(xiàn)一個 號 點(diǎn)擊左鍵 就能放置一個節(jié)點(diǎn) Proteus 可以同時編輯多個對象 即整體操作 常見的有整體復(fù)制 整體刪除 整體移動 整體旋轉(zhuǎn)幾種操作方式 4 2 3 編輯對象 許多對象具有圖形或文本屬性 這些屬性可以通過一個對話框進(jìn)行編 輯 這是一中很常見的操作 有多種實(shí)現(xiàn)方式 編輯單個對象的步驟是 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 27 1 選中對象 2 用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊對象 連續(xù)編輯多個對象的步驟是 1 選擇 Main Mode 圖標(biāo) 再選擇 Instant Edit 圖標(biāo) 2 依次用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊各個對象 以特定的編輯模式編輯對象的步驟是 1 指向?qū)ο?2 使用鍵盤 CTRL E 對于文本腳本來說 這將啟動外部的文本編輯器 如果鼠標(biāo)沒有指向 任何對象的話 該命令將對當(dāng)前的圖進(jìn)行編輯 通過元件的名稱編輯元件的步驟如下 1 鍵入 E 2 在彈出的對話框中輸入元件的名稱 確定后將會彈出該項(xiàng)目中任何元件的編輯對話框 并非只限于當(dāng)前 sheet 的元件 編輯完后 畫面將會以該元件為中心重新顯示 你可以通 過該方式來定位一個元件 即便你并不想對其進(jìn)行編輯 元件 端點(diǎn) 線和總線標(biāo)簽都可以象元件一樣編輯 編輯單個對象標(biāo)簽的步驟是 1 選中對象標(biāo)簽 2 用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊對象 連續(xù)編輯多個對象標(biāo)簽的步驟是 1 選擇 Main Mode 圖標(biāo) 再選擇 Instant Edit 圖標(biāo) 2 依次用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊各個標(biāo)簽 任何一種方式 都將彈出一個帶有 Label and Style 欄的對話框窗體 可以參照指南中 Editing Local Styles 這一節(jié)得到編輯 local 文本類型 的詳細(xì)內(nèi)容 4 3 電路仿真 由于 Proteus 單片機(jī)仿