基于PROTUES的多點(diǎn)測(cè)溫設(shè)計(jì)

1、-摘要環(huán)境溫度對(duì)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)和人們的日常生活都有很大的影響，而溫度的測(cè)量也就成為人們生產(chǎn)生活中一項(xiàng)必不可少的工作。傳統(tǒng)的測(cè)溫儀測(cè)量費(fèi)時(shí)，準(zhǔn)確度也較低，數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測(cè)溫圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示。本文介紹了PROTEUS軟件進(jìn)展單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的過程，并在PROTEUS 環(huán)境下完成了基于DS18B20 的多路溫度采集系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)可以完成溫度的測(cè)量和顯示以及限報(bào)警等功能。本研究證明，在PROTEUS環(huán)境下可以完成單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件調(diào)試，測(cè)試系統(tǒng)的性能，在實(shí)際應(yīng)用中可以降低設(shè)計(jì)本錢,縮短開發(fā)周期，提高效率。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；DS18B20

2、；PROTEUS；多點(diǎn)數(shù)字溫度計(jì)AbstractThe ambient temperature has a great impact on industry, agriculture, business and people's daily lives, and temperature measurement has bee an essential work for people to produce life. Traditional thermometer measuring time-consuming，accuracy is also low，digital thermome

3、ter pared with the traditional thermometer，with easy reading，temperature wide range, accurate temperature measurement, the output temperature digital display.The development of MCU system includes hardware designs and software designs. The traditional method is directly use simulators to test on har

4、dware. Hardware circuits need to be changed and retested when hardware circuits do not meet the requirements of the design. By using PROTEUS , the simulation and design of MCU systems can be realized , by which the design costs can be much more decreased , development cycles could be shorted too , a

5、nd efficiency is enhanced. Under the PROTUER circumstances, this paper successful finished the simulation and design of 4-channel temperature acquisition system based on PROTUES, which tested the advantages of the development of MCU system based on PROTUES.Keywords:MCU; DS18B20;PROTEUS; Mu

6、lti-point digital thermometer目 錄第1章概述31.1 選題背景41.2課題相關(guān)技術(shù)的開展41.3課題研究的必要性51.4 課題研究的容51.5 編譯開發(fā)軟件51.6 PROTEUS仿真軟件6第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)72.1引言72.2系統(tǒng)概述82.3硬件電路介紹82.3.1單片機(jī)82.3.2復(fù)位電路92.3.3時(shí)鐘振蕩電路102.3.4顯示電路102.3.5數(shù)字溫度傳感器DS162111第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)143.1溫度檢測(cè)程序153.2 LCD顯示模塊程序163.3報(bào)警模塊程序18第4章 系統(tǒng)調(diào)試與仿真184.1 程序編譯194.2 Proteus原理圖繪制19

7、4.3仿真結(jié)果224.4總結(jié)22結(jié)論23參考文獻(xiàn)24致 26附 錄26第1章概 述單片機(jī)是一種集成電路芯片，現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件有電子器件的產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電子產(chǎn)品中都含有單片機(jī)。現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)快速開展對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)需求越來(lái)越大，質(zhì)量要求越來(lái)越高。電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化electronic design automatic,EDA技術(shù)則解決了上述的問題。本設(shè)計(jì)采用的Proteus軟件是英國(guó)Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前比較

8、好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。它具有仿真與分析功能，可將產(chǎn)品開發(fā)中存在的問題消滅在萌芽中；從而減少開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)；軟硬件的交互仿真與測(cè)試大大減少后期測(cè)試工作量；便利工程管理與團(tuán)隊(duì)開發(fā)等優(yōu)點(diǎn)。溫度是一個(gè)和人們生活環(huán)境有著密切關(guān)系的物理量，也是一種在生產(chǎn)、科研、生活中需要測(cè)量和控制的重要物理量。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)的開展，作為各種信息的感知、采集、轉(zhuǎn)換、傳輸相處理的功能器件，溫度傳感器的作用日益突出，尤其是多點(diǎn)測(cè)溫已經(jīng)成為自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)量測(cè)試中不可缺少的重要技術(shù)工具，其應(yīng)用已普及

9、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個(gè)領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)就是為了滿足人們?cè)谏钌a(chǎn)中對(duì)多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)方面的需求。1.1選題背景本文將從PROTEUS軟件與多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)出發(fā)，通過對(duì)該技術(shù)開展?fàn)顩r的了解，以及課題本身的需要，指出研究基于PROTEUS軟件的多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的必要性。1.2課題相關(guān)技術(shù)的開展當(dāng)今電子產(chǎn)品正向功能多元化，體積最小化，功耗最低化的方向開展，單片機(jī)的大量應(yīng)用使產(chǎn)品的性能提高，體積縮小，功耗降低。同時(shí)廣泛運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，提高產(chǎn)品的自動(dòng)化程度和競(jìng)爭(zhēng)力，縮短研發(fā)周期。EDA技術(shù)正是為了適應(yīng)現(xiàn)代電子技術(shù)的要求，吸收眾多學(xué)科最新科技成果而形成的一門新技術(shù)。英國(guó)Labcenter公司

10、開發(fā)的電路分析與仿真軟件Proteus自1989 年問世至今，經(jīng)歷了近20年的開展歷史，功能得到了不斷的完善，性能越來(lái)越好，全球的用戶也越來(lái)越多。PROTEUS之所以在全球得到應(yīng)用，原因是它具有自身的特點(diǎn)和構(gòu)造。PROTEUS電子設(shè)計(jì)軟件由原理圖輸入模塊簡(jiǎn)稱ISIS、混合模型仿真器、動(dòng)態(tài)器件庫(kù)、高級(jí)圖形分析模塊、處理器仿真模型及PCB板設(shè)計(jì)編輯簡(jiǎn)稱ARES六局部組成，具有系統(tǒng)的測(cè)試簡(jiǎn)便、交互仿真、硬件設(shè)計(jì)的改動(dòng)容易等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)利用PROTEUS軟件進(jìn)展硬件仿真，并在電腦上直接得到仿真結(jié)果結(jié)果。許多人在學(xué)習(xí)單片機(jī)時(shí)是直接利用硬件進(jìn)展學(xué)習(xí)，耗時(shí)費(fèi)力，且花費(fèi)昂貴，往往一個(gè)步進(jìn)電機(jī)或者一個(gè)傳感器就價(jià)

11、格不菲，還有損壞的風(fēng)險(xiǎn)。而利用PROTEUS就能防止這些問題。它具有易學(xué)，方便，新穎，有趣，直觀，設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)工程成功率高，理論與實(shí)踐結(jié)合嚴(yán)密，不受硬件限制等特點(diǎn)，并且它還具有開放的界面，豐富的元件庫(kù)等優(yōu)良性能，應(yīng)用非常方便。因此，本設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用PROTEUS實(shí)現(xiàn)。1.3課題研究的必要性本文主要是對(duì)多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)進(jìn)展設(shè)計(jì)和研究，主要利用單片機(jī)、DS18B20溫度傳感器進(jìn)展對(duì)四個(gè)點(diǎn)的溫度測(cè)量，利用LCD1602液晶顯示屏直觀的顯示出來(lái)，具有上下限的溫度報(bào)警功能。并利用Keil軟件對(duì)單片機(jī)程序進(jìn)展編譯，并在PROTEUS軟件里進(jìn)展仿真，分析多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。1.4 課題研究的容本設(shè)計(jì)主要研究基

12、于PROTEUS仿真模擬的多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)，要求對(duì)4個(gè)溫度不同的點(diǎn)進(jìn)展測(cè)量，并用LCD1602液晶在顯示屏同時(shí)顯示出來(lái)，四個(gè)測(cè)溫點(diǎn)可以設(shè)定溫度報(bào)警的最高值和最低值，當(dāng)任意一檢測(cè)點(diǎn)的溫度超過限額的溫度就會(huì)進(jìn)展報(bào)警。1.5 編譯開發(fā)軟件Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、構(gòu)造性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境uVision將這些局部組合在一起。Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能

13、強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能表達(dá)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。下面詳細(xì)介紹Keil C51開發(fā)系統(tǒng)各局部功能和使用。C51工具包的整體構(gòu)造，uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及C51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。目標(biāo)文件可由LIB51

14、創(chuàng)立生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的He*文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)展源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)展調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。Keil的優(yōu)點(diǎn)在于Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能表達(dá)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。并且與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、構(gòu)造性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過匯編語(yǔ)言后再使用C來(lái)開發(fā)，體會(huì)更加深刻。Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試

15、工具，全Windows界面。1.6 PROTEUS仿真軟件本次設(shè)計(jì)使用的是 Proteus 仿真軟件。Proteus 是英國(guó)Labcenter 公司開發(fā)的電路分析與仿真軟件，用于仿真、分析各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：1、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(dòng)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(hào)發(fā)生器等。2、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、PIC1

16、6 系列、PIC18 系列、Z80 系列、HC11 系列以及各種外圍芯片。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(diǎn)等調(diào)試功能,同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、存放器等的當(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(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境, 如Keil等軟件。4、具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。啟動(dòng)Proteus 后將出現(xiàn)ISIS 的設(shè)計(jì)窗口。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(duì)象選擇按鈕、預(yù)覽對(duì)象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕(最下面一行)、預(yù)覽窗口、對(duì)象選擇器窗口、圖形編輯窗口。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)CP

17、U 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。因此在仿真和程序調(diào)試時(shí), 關(guān)心的不再是*些語(yǔ)句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)存放器和存儲(chǔ)器容的改變, 而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過程和結(jié)果。對(duì)于這樣的仿真實(shí)驗(yàn), 從*種意義上講, 是彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。同時(shí), 當(dāng)硬件調(diào)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便。第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1引言隨著計(jì)算科學(xué)的迅速開展，設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字溫度計(jì)的方法也變的多種多樣?？梢杂肁RM，有的基于數(shù)字電路，有的則是利用CPLD設(shè)計(jì)溫度計(jì)，像這樣的設(shè)計(jì)很多，而本設(shè)計(jì)

18、所選擇的方案是利用單片AT89C52來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的多點(diǎn)數(shù)字溫度計(jì)。2.2系統(tǒng)概述此設(shè)計(jì)介紹的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測(cè)溫圍廣，單片機(jī)時(shí)鐘電路LCD顯示溫度檢測(cè)電路復(fù)位電路測(cè)溫準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)?？刂破魇褂玫氖菃纹瑱C(jī)AT89C52，測(cè)溫傳感器使用的是DS18B20，LCD液晶顯示屏實(shí)現(xiàn)溫度顯示。系統(tǒng)構(gòu)成如圖：圖 2-1 系統(tǒng)框圖2.3硬件電路介紹單片機(jī)單片機(jī)采用美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C52單片機(jī)。AT89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。AT89C52使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)89C51

19、 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，AT89C52擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89C52主要功能參數(shù)：1、兼容MCS51指令系統(tǒng)2、8k可反復(fù)擦寫(大于1000次Flash ROM；3、32個(gè)雙向I/O口；4、256*8bit部RAM；5、3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷；6、時(shí)鐘頻率0-24MHz；7、2個(gè)串行中斷，可編程UART串行通道；8、2個(gè)外部中斷源，共8個(gè)中斷源；9、2個(gè)讀寫中斷口線，3級(jí)加密位；10、低功耗空閑和掉電模式，

20、軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能；11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。AT89C52 的引腳圖如圖2.1所示：圖2-2 AT89C52引腳示意圖復(fù)位電路復(fù)位電路采用RC充電電路組成上電復(fù)位單片機(jī)電路，當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)，在上電初期，電容C充電，使復(fù)位腳持續(xù)高電平，當(dāng)C充電到達(dá)一定程度復(fù)位腳電位會(huì)慢慢變低，最后被電阻R 完全拉低，高電平復(fù)位的時(shí)間由充電的時(shí)間決定，充電時(shí)間又由R 與C 的阻值和容值之積決定。在復(fù)位輸入端出現(xiàn)高電平的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)復(fù)位和初始化。在振蕩器運(yùn)行的情況下，要實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，必須使復(fù)位腳至少保持兩個(gè)機(jī)器周期24 個(gè)振蕩周期的高電平。CPU 在第

21、二個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行部復(fù)位操作，以后每個(gè)機(jī)器周期重復(fù)一次，直到復(fù)位端電平變低。復(fù)位期間不產(chǎn)生ALE 和PSEN 信號(hào)。部復(fù)位操作使得堆棧指示器SP 為07H，各端口都為1P0P3 口全部都是0FFH。特殊功能存放器都復(fù)位為0，但不影響部RAM 的狀態(tài)，當(dāng)RST 腳返回低電平以后，CPU 從0 地址開場(chǎng)執(zhí)行程序。加電瞬間復(fù)位端的電位與 VCC 一樣，隨著RC 電路充電電流減小，復(fù)位端的電位逐漸下降。只要復(fù)位端保持10 豪秒以上的高電平就能使AT89C52 單片機(jī)有效的復(fù)位。復(fù)位電路中的RC 參數(shù)通常都由實(shí)驗(yàn)調(diào)整，當(dāng)振蕩頻率選用12M 的時(shí)候，C選用20u電容，R選用1k，便能可靠地實(shí)現(xiàn)加電自動(dòng)復(fù)位。

22、假設(shè)采用RC電路接斯密特電路的輸入端，斯密特電路輸出端接AT89C52單片機(jī)和外圍電路的復(fù)位端，能使系統(tǒng)可靠的同步復(fù)位。圖 2-3 復(fù)位電路時(shí)鐘振蕩電路AT89C52部有一個(gè)用于構(gòu)成震蕩器的高增益反向放大器，此放大器的輸入端和輸出端分別是*TAL1和*TAL2，在*TAL1和*TAL2上外接晶振可構(gòu)成時(shí)鐘電路。時(shí)鐘電路在單片機(jī)系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是保證系統(tǒng)正常工作的根底。晶振頻率的大小決定了單片機(jī)系統(tǒng)工作的快慢。本次設(shè)計(jì)采用部方式的外部時(shí)鐘接法。為到達(dá)振蕩周期是12MHZ的要求，這里要采用12MHZ的晶振，電容C2、C3對(duì)頻率有微調(diào)作用，故外接晶振時(shí)，C2和C3在本設(shè)計(jì)中選擇20pF，振

23、蕩頻率取12MHz。晶振的兩個(gè)引腳分別連到*TAL1和*TAL2振蕩脈沖輸入引腳。具體連接圖如以下圖：圖2-4 時(shí)鐘振蕩電路顯示電路顯示屏是最常用的輸出設(shè)備。特別是發(fā)光二極管顯示器LED和液晶顯示器LCD，由于構(gòu)造簡(jiǎn)單，價(jià)格廉價(jià)，接口容易等特點(diǎn)得到廣泛的應(yīng)用。尤其是單片機(jī)系統(tǒng)量使用。本設(shè)計(jì)選用的LCD1602液晶顯示屏，1602LCD微功耗、體積小、顯示容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。1602液晶也叫1602字符型液晶它是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊它有假設(shè)干個(gè)5*7或者5*11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的

24、間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒茱@示圖形。1602LCD是指顯示的容為16*2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊顯示字符和數(shù)字。目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全一樣的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大局部的字符型液晶。1602LCD特性：1、+5V電壓，比照度可調(diào)2、含復(fù)位電路3、提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能4、有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRAM5、建有192個(gè)5*7點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器CGROM6、8個(gè)可由用戶自定義的5*7的字符發(fā)生器CGR

25、AM圖2-6 1062LED數(shù)字溫度傳感器DS1621DS1621是DALLAS公司生產(chǎn)的一種功能較強(qiáng)的數(shù)字式溫度傳感器和恒溫控制器。與同系列的DS1620相比控制更為簡(jiǎn)單，接口與I2C總線兼容，且可以使用一片控制器控制多達(dá)8片的DS1621。其數(shù)字溫度輸出達(dá)9位，精度為0.5。通過讀取部的計(jì)數(shù)值和用于溫度補(bǔ)償?shù)拿繑z氏度計(jì)數(shù)值，利用公式計(jì)算還可提高溫度值的精度。DS1621可工作在最低2.7V電壓下，適用于低功耗應(yīng)用系統(tǒng)。利用DS1621和一片2051單片機(jī)即可構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)潔但功能強(qiáng)大的低電壓溫度測(cè)量控制系統(tǒng)。DS1621根本特性：DS1621無(wú)需外圍元件即可測(cè)量溫度，將結(jié)果以9位數(shù)字量(兩字節(jié)

26、傳輸)給出，測(cè)量圍為55155，精度為0.5；典型轉(zhuǎn)換時(shí)間為1s；用戶可自行設(shè)置恒溫計(jì)的溫度值，且將該設(shè)置值存儲(chǔ)在非易失存儲(chǔ)器中。數(shù)據(jù)的讀出和寫入通過一個(gè)2線串行接口完成，DS1621采用8腳DIP或SOIC封裝。DS1621的引腳描述如下所示：引腳符號(hào)描述1SDA2-線串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端2SCL2-線串行時(shí)鐘端3Tout恒溫計(jì)輸出端。當(dāng)溫度超過TH時(shí)置位，當(dāng)溫度降到TL之下是復(fù)位4GND接地端5A2片選地址輸入A26A1片選地址輸入A17A0片選地址輸入A08Vdd電源端DS1621的工作方式：DS1621既可獨(dú)立工作(此時(shí)作為恒溫控制器)，也可通過2線接口在MPU的控制下完成溫度的測(cè)量和

27、計(jì)算。DS1621的工作方式是由片上的設(shè)置/狀態(tài)存放器來(lái)決定的，該存放器的定義如下：其中DONE為轉(zhuǎn)換完成位，溫度轉(zhuǎn)換完畢時(shí)置1，正在進(jìn)展轉(zhuǎn)換時(shí)為0；THF為高溫標(biāo)志位，當(dāng)溫度超過TH預(yù)置值時(shí)置1；TLF為低溫標(biāo)志位，當(dāng)溫度低于TL預(yù)置值時(shí)置1；NVB為非易失存儲(chǔ)器忙位，向片E2PROM寫入時(shí)置1，寫入完畢后復(fù)位寫入E2PROM通常需要10ms；PCL為輸出極性位，為1時(shí)激活狀態(tài)為邏輯高電平，為0時(shí)激活狀態(tài)為邏輯低電平，該位是非易失的；1SHOT為一次模式位，該位為1時(shí)每次收到開場(chǎng)轉(zhuǎn)換命令執(zhí)行一次溫度轉(zhuǎn)換，為0時(shí)執(zhí)行連續(xù)溫度轉(zhuǎn)換，該位亦是非易失的。DS1621在嵌入一個(gè)系統(tǒng)前，需由MPU將設(shè)置

28、/狀態(tài)存放器值通過2線接口寫入該存放器，之后DS1261或作為恒溫計(jì)獨(dú)立工作，或在MPU控制下進(jìn)展溫度測(cè)量和計(jì)算。MPU對(duì)DS1621的控制和寫入是通過2線接口進(jìn)展數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，MPU對(duì)DS1621發(fā)命令字，之后完成對(duì)DS1621的讀或?qū)?。由于?shù)據(jù)傳輸協(xié)議滿足I2C總線規(guī)，MPU可將DS1621作為具有I2C總線接口的從器件對(duì)待，器件地址為1001A2A1A0R/W，通過A2A1A0編碼，一次可控制最多8片DS1621，完成8點(diǎn)溫度采樣。寫入和讀出數(shù)據(jù)格式和時(shí)序完成按串行通訊接口規(guī)，SCL和SDA線滿足串口通訊啟動(dòng)條件，MPU發(fā)出器件地址字節(jié)，其中R/W決定讀/寫方向。MPU發(fā)出DS1621的命

29、令字，DS1621發(fā)出ACK信號(hào)，之后為從器件的數(shù)據(jù)字節(jié)，主器件的ACK信號(hào)，最后為串口通訊完畢條件，完成一次數(shù)據(jù)通訊。DS1621的命令集包含DONE、THF、TLF、NVB、1、0、PCL、1SHOT8個(gè)命令字：讀溫度命令A(yù)Ah該命令讀出最近一次溫度轉(zhuǎn)換的結(jié)果。DS1621將送出兩字節(jié)數(shù)據(jù)：第一字節(jié)為8位二進(jìn)制溫度值(攝氏溫度)，該數(shù)據(jù)以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式給出，其中最高位為溫度符號(hào)位(0為高于0，1為低于0)，第二字節(jié)最高位為精度位(0為0.0，1為0.5)，其余位不用。讀寫TH存放器命令A(yù)1h假設(shè)R/W為0，該命令寫入高溫存放器TH，之后MPU發(fā)出兩字節(jié)溫度上限值以確定DS1621的恒溫上限

30、；假設(shè)R/W為1，DS1621送出兩字節(jié)的TH存放器值。讀寫TL存放器命令A(yù)2h假設(shè)R/W為0，該命令寫入低溫存放器TL，之后MPU發(fā)出兩字節(jié)溫度下限值以確定DS1621的恒溫下限；假設(shè)R/W為1，DS1621送出兩字節(jié)的TL存放器值。讀寫設(shè)置命令A(yù)Ch假設(shè)R/W為0，該命令寫入設(shè)置/狀態(tài)存放器，之后MPU發(fā)出一字節(jié)設(shè)置/狀態(tài)存放器值以確定DS1621的工作方式；假設(shè)R/W為1，DS1621送出設(shè)置/狀態(tài)存放器值。讀計(jì)數(shù)器命令A(yù)8h該命令只在R/W為1時(shí)有效，發(fā)出命令后，DS1621送出計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值COUNT_REMAIN。讀斜率命令A(yù)9h該命令只在R/W為1時(shí)有效，發(fā)出命令后，DS1621送

31、出用于溫度補(bǔ)償?shù)男甭视?jì)數(shù)器值，即前面提到的每攝氏度計(jì)數(shù)值COUNT_RER桟。開場(chǎng)溫度轉(zhuǎn)換命令EEh該命令啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換，無(wú)需更多數(shù)據(jù)。在一次工作方式下，該命令啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，DS1621完成之后保持空閑；在連續(xù)工作方式下，該命令啟動(dòng)DS1621連續(xù)進(jìn)展溫度轉(zhuǎn)換。完畢溫度轉(zhuǎn)換命令22h該命令完畢溫度轉(zhuǎn)換，無(wú)需更多數(shù)據(jù)。在連續(xù)工作方式下，該命令停頓DS1621的溫度轉(zhuǎn)換，之后DS1621保持空閑直到MPU發(fā)出新的開場(chǎng)溫度轉(zhuǎn)換命令來(lái)繼續(xù)溫度轉(zhuǎn)換。通過該命令集可以看出，DS1621既可以作為獨(dú)立的恒溫控制器單獨(dú)工作(利用命令A(yù)1h、A2h、ACh)，也可以進(jìn)展實(shí)時(shí)的溫度測(cè)量(利用命令A(yù)Ah、ACh、EEh、

32、22h，精度為0.5)，還可配合命令A(yù)8h、A9h，通過軟件計(jì)算得到更高的溫度精度，計(jì)算公式為：T=TR0.25(NM)/N式中，T2為讀出溫度值，N為計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值COUNT_RER_C，M為每攝氏度計(jì)數(shù)值COUNT_REMAIN。第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)采用四個(gè)點(diǎn)進(jìn)展溫度檢測(cè)，并采用并行連接BS18B20的方式進(jìn)展設(shè)計(jì)。這種并行操作的最大好處就是節(jié)省時(shí)間，其查詢多個(gè)DS18B20器件操作所消耗的時(shí)間與查詢單個(gè)DS18B20器件操作所消耗的時(shí)間是一樣的，從而到達(dá)了快速多點(diǎn)測(cè)溫的目的，能夠滿足對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求。同時(shí)，由于這種操作方法并不涉及DS18B20 的序列號(hào)

33、問題，因而省掉了煩瑣的讀取與匹配序列號(hào)的操作過程，程序的設(shè)計(jì)、編寫、調(diào)試也變得較為簡(jiǎn)單些，有利于縮短產(chǎn)品的研制開發(fā)周期，使得利用DS18B20進(jìn)展多點(diǎn)測(cè)溫的操作變得更方便、容易。系統(tǒng)程序主要包括溫度檢測(cè)模塊，溫度報(bào)警模塊，顯示數(shù)據(jù)模塊等。3.1溫度檢測(cè)程序主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示，讀出并處理當(dāng)前DS1621的溫度void ds1820rst_1()/*ds1820復(fù)位*/ uchar *=0; DQ1 = 1; /DQ復(fù)位 delay_18B20(4); /延時(shí) DQ1 = 0; /DQ拉低 delay_18B20(100); /準(zhǔn)確延時(shí)大于480us DQ1 = 1; /拉高 delay

34、_18B20(40); uchar ds1820rd_1()/*讀數(shù)據(jù)*/ uchar i=0; uchar dat = 0; for (i=8;i>0;i-) DQ1 = 0; /給脈沖信號(hào) dat>>=1; DQ1 = 1; /給脈沖信號(hào) if(DQ1) dat|=0*80; delay_18B20(10); return(dat); void ds1820wr_1(uchar wdata)/*寫數(shù)據(jù)*/ uchar i=0; for (i=8; i>0; i-) DQ1 = 0; DQ1 = wdata&0*01; delay_18B20(10); DQ1

35、 = 1; wdata>>=1; read_temp_1()/*讀取溫度值并轉(zhuǎn)換*/ uchar a,b; ds1820rst_1(); ds1820wr_1(0*cc);/*跳過讀序列號(hào)*/ ds1820wr_1(0*44);/*啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換*/ ds1820rst_1(); ds1820wr_1(0*cc);/*跳過讀序列號(hào)*/ ds1820wr_1(0*be);/*讀取溫度*/ a=ds1820rd_1(); b=ds1820rd_1(); tvalue=b; tvalue<<=8; tvalue=tvalue|a; if(tvalue<0*0fff) tf

36、lag=0; else tvalue=tvalue+1; tflag=1; tvalue=tvalue*(0.625);/溫度值擴(kuò)大10倍，準(zhǔn)確到1位小數(shù)return(tvalue); 3.2 LCD顯示模塊程序LCD顯示模塊程序主要對(duì)溫度傳感器對(duì)溫度進(jìn)展轉(zhuǎn)換后在LCD液晶屏上顯示：void ds1820disp_1()/溫度值顯示 uchar flagdat; disdata0=tvalue/1000+0*30;/百位數(shù) disdata1=tvalue%1000/100+0*30;/十位數(shù) disdata2=tvalue%100/10+0*30;/個(gè)位數(shù) disdata3=tvalue%10

37、+0*30;/小數(shù)位 if(tflag=0) flagdat=0*20;/正溫度不顯示符號(hào),溫度檢測(cè)只對(duì)正溫度有效，以防出錯(cuò) if(tvalue/10>TH) speak=0; else if(tvalue/10<TL) speak=0; else speak=1; else flagdat=0*2d;/負(fù)溫度顯示負(fù)號(hào):- if(disdata0=0*30) disdata0=0*20;/如果百位為0，不顯示 if(disdata1=0*30) disdata1=0*20;/如果百位為0，十位為0也不顯示 write_(0*80); write_date('1');

38、/顯示通道 write_(0*81); write_date(flagdat);/顯示符號(hào)位 write_(0*82); write_date(disdata0);/顯示百位 write_(0*83); write_date(disdata1);/顯示十位 write_(0*84); write_date(disdata2);/顯示個(gè)位 write_(0*85); write_date(0*2e);/顯示小數(shù)點(diǎn) write_(0*86); write_date(disdata3);/顯示小數(shù)位 write_(0*87); write_date('C'); 3.3報(bào)警模塊程序報(bào)警

39、模塊程序是對(duì)檢測(cè)溫度進(jìn)展判斷，如果超出設(shè)定圍就會(huì)觸發(fā)報(bào)警：if(tvalue/10>TH) speak=0; else if(tvalue/10<TL) speak=0; else speak=1; 初始的溫度設(shè)定是60以上、0-10會(huì)進(jìn)展報(bào)警，可以通過修改程序：uchar tflag,TH=60,TL=10；來(lái)自行設(shè)置需要的溫度。第4章 系統(tǒng)調(diào)試與仿真4.1 程序編譯啟動(dòng)keil，建立一個(gè)新的工程并選擇路徑保存，之后選擇單片機(jī)型號(hào)為Atmel的AT89C52。工程建立完之后，新建一個(gè)文件ds1621.c保存并添加到工程下，同時(shí)添加顯示屏程序1602.h。以上完成之后再ds1621

40、.c中輸入源程序并調(diào)試程序。調(diào)試完成之后點(diǎn)擊project菜單下的Options For Target Target 1“單擊“Output中選擇“Create HE* File選項(xiàng)，是程序編譯后產(chǎn)生HE*代碼。4.2 Proteus原理圖繪制1、雙擊ISIS圖標(biāo)，翻開ISIS 7 Professional, 進(jìn)入ISIS 7 Professional界面，如圖2-1所示。Proteus ISIS的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面，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(duì)象選擇按鈕、預(yù)覽對(duì)象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對(duì)象選擇器窗口、圖形編輯窗口。圖4-1

41、ISIS 7 Professional界面2、選擇文件/新建立計(jì)命令，選擇DEFAULT模板點(diǎn)擊確認(rèn)按鈕。圖4-2 新建立計(jì)對(duì)話框3、選擇庫(kù)/拾取元件/符號(hào)命令，在關(guān)鍵字中填寫要選擇的元器件，然后在右邊對(duì)話框中選中要選的元器件，則元器件列在對(duì)象選擇的窗口。圖4-3 元件庫(kù)選擇4、在對(duì)象選擇的窗口點(diǎn)AT89C52，然后把鼠標(biāo)指針移到右邊的原理圖編輯區(qū)的適當(dāng)位置，點(diǎn)擊鼠標(biāo)的左鍵，就把AT89C52放到了原理圖區(qū)。用同樣的方法將對(duì)象窗口的其它元件放到原理圖編輯區(qū)，單片機(jī)AT89C52、按鍵BUTTON、電容(CAP)、電阻(RES、RESPACK-8)、顯示屏(LCD1602)、溫度傳感器(DS18

42、B20)、晶振(CRYSTAL)等。所有元器件添加完成之后在PROTEUS編輯區(qū)中擺放各元器件并調(diào)整方向以及參數(shù)設(shè)置，最后進(jìn)展連線。完成后如以下圖所示：圖4-3 多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)電路圖5、選擇源代碼/添加/移除源代碼命令，將編譯程序?qū)搿D4-4 添加程序4.3仿真結(jié)果圖4-5 仿真結(jié)果圖4-6 DS18B20溫度設(shè)定值4.4總結(jié)由仿真結(jié)果可以看出，四路多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)運(yùn)行正常，可以進(jìn)展正確的溫度檢測(cè)，調(diào)節(jié)DS18B20的溫度超過限定額度可以及時(shí)發(fā)出警報(bào)。結(jié)論設(shè)計(jì)利用PROTEUS軟件對(duì)多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)進(jìn)展仿真和實(shí)現(xiàn)，并根據(jù)仿真結(jié)果分析設(shè)計(jì)的存在的問題和缺陷，從而進(jìn)展電路和程序的調(diào)試和完善。設(shè)計(jì)重在于電路

43、的設(shè)計(jì)和各個(gè)模塊代碼的編寫，電路的設(shè)計(jì)和各個(gè)模塊的程序的編寫，功能全部正常，具體果為：1、實(shí)現(xiàn)了四路并行多點(diǎn)測(cè)溫，溫度測(cè)量準(zhǔn)確；2、可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度限值的設(shè)定，通過對(duì)程序的改寫可以設(shè)置上下限值；3、超過限額的溫度會(huì)進(jìn)展報(bào)警。經(jīng)測(cè)試最終結(jié)果與預(yù)期效果根本一致，調(diào)整DS18B20的溫度顯示溫度也會(huì)準(zhǔn)確的測(cè)量，超過限額的溫度可以進(jìn)展及時(shí)的報(bào)警。參考文獻(xiàn)1文龍單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M清華大學(xué)，20212文濤PROTEUS仿真軟件應(yīng)用M華中科技大學(xué)，20213周潤(rùn)景、袁偉亭、景曉松.?PROTEUS在MCS-51&ARM7系統(tǒng)中的應(yīng)用百例?M . ：電子工業(yè)，2006：167183.4 

44、華.MCU-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)M，：航空航天大學(xué)，1993. 6.5宋起超 洪濤.基于DSl8B20的多點(diǎn)溫度巡回檢測(cè)系統(tǒng)研制J.交通科技與經(jīng)濟(jì),20076雪松 程顯俠.新型溫度傳感器DS18B20高精度測(cè)溫的實(shí)現(xiàn)J.微處理機(jī) 2002(2)7馬云峰.單片機(jī)與數(shù)字溫度傳感器DS18B20的接口設(shè)計(jì)J.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2002(04)8郭天祥.新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略.電子工業(yè)M，20219林立、俊亮、旭東.單片機(jī)原理及應(yīng)用基于Proteus和Keil CM.：電子工業(yè)，202110 偉、胡瑋、王永清. 51單片機(jī)C語(yǔ)言開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)案例詳解M.

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46、on Based on DS18B20C.Progress in Measurement and Testing. p.2.2021:898-902.致 本文是在付天舒教師的悉心指導(dǎo)下完成的。整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我要特別感周教師，她嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和豐富的知識(shí)給了我很多的啟示。感周教師長(zhǎng)期以來(lái)在學(xué)業(yè)上給予我的指導(dǎo)和幫助。在學(xué)習(xí)上教師給我樹立了一個(gè)很好的典范，在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的四個(gè)月的時(shí)間里，每次向教師詢問問題，教師總是給我們以最細(xì)心的指導(dǎo)和幫助。 在此感電子科學(xué)學(xué)院的所有教師四年來(lái)無(wú)私的教誨，并對(duì)所有幫助過我的教師和同學(xué)們致以由衷的感！附 錄程序：*include<reg52.h>*in

47、clude<intrins.h>*define uchar unsigned char *define uint unsigned int*define LCDIO P2uchar ReadValue,num,time; uint tvalue;/溫度值uchar tflag,TH=60,TL=10; /溫度符號(hào)位，上下限值uchar data disdata5;sbit DQ1=P10;/ds18b20與單片機(jī)連接口sbit DQ2=P11;/ds18b20與單片機(jī)連接口sbit DQ3=P12;/ds18b20與單片機(jī)連接口sbit DQ4=P13;/ds18b20與單片機(jī)連接

48、口sbit rs=P25; sbit rd=P26;sbit lcden=P27;sbit acc0=ACC0; /移位時(shí)的第0位sbit acc7=ACC7; /移位時(shí)用的第7位sbit speak=P21; /報(bào)警輸出void delay(uint z)uint *,y;for(*=z;*>0;*-)for(y=110;y>0;y-);/*void delay1(uint z)for(;z>0;z-);*/void write_(uchar )rs=0;rd=0;lcden=0;P0=;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void writ

49、e_date(uchar date)rs=1;rd=0;lcden=0;P0=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void init()/uchar num;lcden=0;write_(0*38);write_(0*0c);write_(0*06);write_(0*01);write_(0*80);delay(5);write_(0*80); void delay_18B20(uint i)/延時(shí)1微秒 while(i-);/*第一路*/void ds1820rst_1()/*ds1820復(fù)位*/ uchar *=0; DQ1 = 1; /DQ復(fù)位

50、 delay_18B20(4); /延時(shí) DQ1 = 0; /DQ拉低 delay_18B20(100); /準(zhǔn)確延時(shí)大于480us DQ1 = 1; /拉高 delay_18B20(40); uchar ds1820rd_1()/*讀數(shù)據(jù)*/ uchar i=0; uchar dat = 0; for (i=8;i>0;i-) DQ1 = 0; /給脈沖信號(hào) dat>>=1; DQ1 = 1; /給脈沖信號(hào) if(DQ1) dat|=0*80; delay_18B20(10); return(dat); void ds1820wr_1(uchar wdata)/*寫數(shù)據(jù)*/

51、 uchar i=0; for (i=8; i>0; i-) DQ1 = 0; DQ1 = wdata&0*01; delay_18B20(10); DQ1 = 1; wdata>>=1; read_temp_1()/*讀取溫度值并轉(zhuǎn)換*/ uchar a,b; ds1820rst_1(); ds1820wr_1(0*cc);/*跳過讀序列號(hào)*/ ds1820wr_1(0*44);/*啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換*/ ds1820rst_1(); ds1820wr_1(0*cc);/*跳過讀序列號(hào)*/ ds1820wr_1(0*be);/*讀取溫度*/ a=ds1820rd_1();

52、 b=ds1820rd_1(); tvalue=b; tvalue<<=8; tvalue=tvalue|a; if(tvalue<0*0fff) tflag=0; else tvalue=tvalue+1; tflag=1; tvalue=tvalue*(0.625);/溫度值擴(kuò)大10倍，準(zhǔn)確到1位小數(shù)return(tvalue); void ds1820disp_1()/溫度值顯示 uchar flagdat; disdata0=tvalue/1000+0*30;/百位數(shù) disdata1=tvalue%1000/100+0*30;/十位數(shù) disdata2=tvalue%100/10+0*30;/個(gè)位數(shù) disdata3=tvalue%10+0*30;/小數(shù)位 if(tflag=0) flagdat=0*20;/正溫度不顯示符號(hào),溫度檢測(cè)只對(duì)正溫度有效，以防出錯(cuò) if(tvalue/10>TH) speak=0; else if(tvalue/10<TL) speak=0; else speak=1; else flagdat=0*2d;/負(fù)溫度顯示負(fù)號(hào):- if