畢業(yè)論文---基于單片機的數字溫度計（含外文翻譯）

1、<p>　　基于單片機的數字溫度計設計</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　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。</p><p&

2、gt;　　在日常生活及工業(yè)生產過程中，經常要用到溫度的檢測及控制，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(tǒng)的測溫元件有熱電偶和二電阻。而熱電偶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

3、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，溫度范圍為-55~125 ºC,最高分辨率可達0.0625 ºC。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。</p><p>　　本文介紹一種基于AT89C51單片機的一種溫度測量

4、及報警電路,該電路采用DS18B20作為溫度監(jiān)測元件，測量范圍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、結構簡單。</p><p>　　關鍵詞：溫度測量；DS18B20；AT89C51 </p><p>　　Design of Dig

5、ital Thermomer Based on SCM </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Along with national economy development, the people need to each heating furnace、the heat-treatment

6、 furnace、in the reactor and the boiler the temperature carry on 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 flexibi

7、lity big and so on merits, moreover may enhance large scale is accused the temperature technical specification, thus can big enhance the product the quality and quantity.</p><p>　　In daily life and industria

8、l 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 pro

9、cess, in order to efficiently 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 meas

10、urement is the basis of temperatu</p><p>　　The introduction of a cost-based AT89C51 MCU a temperatur measurement circuits, the circuits used DS18B20 high-precision temperatur sensor, measuring scope 0℃-～+100

11、℃,can 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 DS18

12、B20, the founctions and applications of AT89C51 .This circuit design innovative, powerful, can be expansionary stron</p><p>　　Keywords：Temperatur measurement； DS18B20; AT89C51　 </p><p>　　Tempera

13、tur measurement； DS18B20; LED不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要........................................................................................I</p>&l

14、t;p>　　Abstract....................................................................................................................II</p><p><b>　　第1章 緒論5</b></p><p>　　1.1課題背景及研究意

15、義5</p><p>　　1.2國內外現狀5</p><p>　　1.3課題的設計目的6</p><p>　　1.4課題的主要工作6</p><p>　　1.5本文研究內容6</p><p>　　第2章 開發(fā)工具Proteus與Keil8</p><p>　　2.1 Proteus軟

16、件8</p><p>　　2.1.1 Proteus簡介8</p><p>　　2.1.2 4大功能模塊8</p><p>　　2.1.3 ISIS智能原理圖輸入系統(tǒng)10</p><p>　　2.1.4 Proteus簡單應用10</p><p>　　2.2 Keil軟件11</p><

17、p>　　2.2.1 Keil軟件簡介11</p><p>　　2.2.2 Keil軟件調試功能11</p><p>　　2.3本章小結12</p><p>　　第3章 系統(tǒng)概述13</p><p>　　3.1方案選擇13</p><p>　　3.1.1方案一13</p><p>

18、;　　3.1.2方案二14</p><p>　　3.2系統(tǒng)設計原理14</p><p>　　3.3系統(tǒng)組成14</p><p>　　3.4 DS18B20溫度傳感器與單片機的接口電路15</p><p>　　3.5本章小結16</p><p>　　第4章 系統(tǒng)硬件設計17</p><p&

19、gt;　　4.1 80C51單片機的介紹17</p><p>　　4.1.1 80C51單片機主要特性18</p><p>　　4.1.2 80C51單片機管腳圖19</p><p>　　4.1.3 80C51單片機的中斷系統(tǒng)21</p><p>　　4.1.4 80C51單片機的定時/計數器21</p><p&

20、gt;　　4.2 LCD液晶顯示器簡介21</p><p>　　4.2.1液晶模塊簡介22</p><p>　　4.2.2液晶顯示部分與89C51的接口23</p><p>　　4.3通訊模塊24</p><p>　　4.4 DS18B20介紹25</p><p>　　4.4.1溫度傳感器工作原理25<

21、;/p><p>　　4.4.2 DS18B20相關介紹27</p><p>　　4.4.3 DS18B20使用中的注意事項28</p><p>　　4.5本章小結28</p><p>　　第5章 系統(tǒng)軟件設計30</p><p>　　5.1主程序設計30</p><p>　　5.2 DS1

22、8B20初始化31</p><p>　　5.3數據測試32</p><p>　　5.4仿真結果32</p><p>　　5.5本章小結34</p><p><b>　　結論35</b></p><p><b>　　致謝36</b></p><p

23、><b>　　參考文獻37</b></p><p><b>　　附錄A38</b></p><p><b>　　附錄B45</b></p><p><b>　　附錄C50</b></p><p><b>　　附錄D51</b

24、></p><p>　　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</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1課題背景及研究意義</p><p>　　隨著新技術的不斷開發(fā)與應

25、用，近年來單片機發(fā)展十分迅速，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(tǒng)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相同；產品的工藝不同，控制溫度的精度也不相同。因此對數據采集的精度和采用的控制方法也不相同。傳統(tǒng)的控制方式以不能

26、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范圍大，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，神經網絡及遺傳算法控制等。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(tǒng)所使用的加熱器件是電爐絲，功率為

27、三千瓦，要求溫度在400～1000℃。靜態(tài)控制精度為2.43℃。</p><p>　　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。</p><p><b>　　1.2國內外現狀</b></p><p>　　溫度控

28、制系統(tǒng)在國內各行各業(yè)的應用雖然已經十分廣泛，但從國內生產的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，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)展及加入WTO，我國政府及企業(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

29、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。</p><p>　　單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。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：CPU、內存、內部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設備。而現在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網絡、復雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片

30、上。</p><p>　　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。單片機由芯片內僅有CPU的專用處理器發(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(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。INTEL的Z80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。</p>&l

31、t;p>　　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(tǒng)。基于這一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)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

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(tǒng)的8位單片機的性能也得到了飛速提高，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(tǒng)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(tǒng)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

33、專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。 </p><p>　　1.3課題的設計目的</p><p>　　1. 鞏固、加深和擴大單片機應用的知識面，提高綜合及靈活運用所學知識解決工業(yè)控制的能力。</p><p>　　2. 培養(yǎng)針對課題需要，選擇和查閱有關手冊、圖表及文獻資

34、料的自學能力，提高組成系統(tǒng)、編程、調試的動手能力。</p><p>　　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(tǒng)開發(fā)、研制的過程，軟硬件設計的方法、內容及步驟。</p><p>　　1.4課題的主要工作</p><p>　　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(tǒng)。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

35、轉換。</p><p><b>　　主要工作如下：</b></p><p>　　1. 溫度測試基本范圍0℃—100℃。</p><p>　　2. 精度誤差小于1℃。</p><p>　　3. LED液晶顯示。</p><p>　　4. 可以設定溫度的上下限報警功能。</p><

36、p>　　5. 實現報警提示。</p><p><b>　　1.5本文研究內容</b></p><p>　　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，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

37、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，處理單元經過內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。 </p><p>　　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

38、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。</p><p>　　第2章 開發(fā)工具Proteus與Keil </p><p>　　2.1 Proteus軟件</p><p>　　2.1.1 Proteus簡介</p><p>　　Proteus軟件是英國Labcenter elec

39、tronics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）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內推廣剛起步，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(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現了從概

40、念到產品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB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。 </p><p><b>

41、;　　該軟件的特點是：</b></p><p>　　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)及其外圍電路(如LCD、RAM、ROM、鍵盤、LED、A/D、D/A……)組成的系統(tǒng)仿真。</p><p>　　2. 提供了多種虛擬儀器。如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等，調試非常方便。<

42、;/p><p>　　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。</p><p>　　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內容的改變,而是從工程的角度直接看

43、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便。</p><p>　　2.1.2 4大功能模塊</p><p>　　1. 智能原理圖設計（ISIS）</p><p>　　豐富的器件庫：超過27000種

44、元器件，可方便地創(chuàng)建新元件。 　　</p><p>　　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。 　　</p><p>　　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。 　　</p><p>　　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。 　　</p><p>　　可輸出高質量圖紙：通過個性

45、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。 </p><p>　　2. 完善的電路仿真功能（Prospice）</p><p>　　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。 　　</p><p>　　超過27000個仿真器件：可以通過內部原型或使用廠家的SPICE文件

46、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。 　</p><p>　　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。　　</p><p>　　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

47、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。 　　</p><p>　　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、生動 　</p><p>　　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

48、特性、噪聲、失真、傅立葉頻譜分析等。</p><p>　　3. 獨特的單片機協(xié)同仿真功能（VSM）</p><p>　　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。 　　<

49、;/p><p>　　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。 　　</p><p>　　實時仿真：支持UART/USART/EUSARTs仿真、中斷仿真、SPI/I2C仿真、MSSP

50、仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真。 　　</p><p>　　編譯及調試：支持單片機匯編語言的編輯/編譯/源碼級仿真，內帶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。</p><p>　　4. 實用的PCB設計平臺</p><p>　　原理圖到

51、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。　　</p><p>　　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。 　　</p><p>　　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，

52、自動設計規(guī)則檢查，3D 可視化預覽。 　　</p><p>　　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。 </p><p>　　2.1.3 ISIS智能原理圖輸入系統(tǒng)</p><p>　　ISIS是PROTEUS系統(tǒng)的中心,它遠不僅是一個圖表庫。它是具有控制原

53、理圖畫圖的外觀的超強的設計環(huán)境。無論用戶的要求是快速實現復雜設計的仿真以及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。</p><p>　　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

54、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。</p><p>　　2.1.4 Proteus簡單應用</p><p>　　圖2-1 proteus界面圖</p><p>　　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完成。原理圖編輯窗口的操作是不同于常用的WINDOWS

55、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。</p><p>　　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

56、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。</p><p>　　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)省原理圖窗口的空間。</p><p>　　2.2 Keil軟件</p><p>　　2.2.1 Keil軟件簡介</p><p>　　Keil C51是美

57、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

58、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(tǒng)一為μVision(通常稱為μV2)。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內的完整開發(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

59、及 Monitor-51、RTX51實時操作系統(tǒng)。</p><p>　　2.2.2 Keil軟件調試功能</p><p>　　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，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

60、及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

61、。這時工程管理窗口的文件頁(Files)會出現“Target1”，將其前面+號展開，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，</p><p>　　成功編譯/匯編、連接后，選擇菜單Debug-Start/Stop Debug Session(或按C

62、trl+F5鍵)進入程序調試狀態(tài)，Keil提供對程序的模擬調試功能，內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

63、、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。</p><p><b>　　2.3本章小結</b&

64、gt;</p><p>　　本章主要簡單介紹了研究本課題需要用到的仿真軟件Proteus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，以及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。</p><p><b>　　系統(tǒng)概述</b></p><p><b>　　

65、3.1方案選擇</b></p><p>　　該系統(tǒng)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。</p><p><b>　　3.1.1方案一</b></p><p>　　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

66、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 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

67、這種設計需要用到A/D 轉換電路，感溫電路比較麻煩。</p><p>　　系統(tǒng)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?！?】</p><p>　　系統(tǒng)框圖如圖 3-1所示

68、。</p><p>　　圖 3-1 熱電偶溫差電路測溫系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　3.1.2方案二</b></p><p>　　采用數字溫度芯片DS18B20 測量溫度，輸出信號全數字化。便于單片機處理及控制，省去傳統(tǒng)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0—100 攝氏度時，最

69、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(tǒng)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，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AT8

70、9S51 在工業(yè)控制上也有著廣泛的應用，編程技術及外圍功能電路的配合使用都很成熟?！?】</p><p>　　該系統(tǒng)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(tǒng)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

71、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RS232接口進行串口通信，方便的采集和整理時間溫度數據。</p><p>　　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。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。</p><p><b>　　3.2系統(tǒng)設

72、計原理</b></p><p>　　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。</p><p><b>　　3.3系統(tǒng)組成</b></p><p&g

73、t;　　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(tǒng)，系統(tǒng)整體硬件電路包括，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。</p><p>　　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。</p><p>　　系統(tǒng)框圖如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 系統(tǒng)基本方框圖

74、</p><p><b>　　主控制器</b></p><p>　　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(tǒng)的設計需要，很適合便攜手持式產品的設計使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。</p><p><b>　　顯示電路</b></p><p>　　顯示電路采用L

75、ED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。</p><p><b>　　溫度傳感器</b></p><p>　　溫度傳感器采用美國DALLAS半導體公司生產的DS18B20溫度傳感器。

76、DS18B20輸出信號全數字化。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，采用單總線的數據傳輸，可直接與計算機連接。</p><p>　　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。</p

77、><p>　　3.4 DS18B20溫度傳感器與單片機的接口電路</p><p>　　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時鐘周期內提供足夠的電流，可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉?！?】</p>&

78、lt;p>　　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。</p><p>　　圖3-3 DS18B20與單片機的接口電路</p><p><b>　　3.5本章小結</b></p><p>　

79、　本章簡述了數字溫度控制系統(tǒng)的設計思路，設計方案選擇，以及系統(tǒng)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。并通過框圖形式更直觀、更形象地描述了系統(tǒng)的整體組成。 </p><p><b>　　系統(tǒng)硬件設計</b></p><p>　　4.1 80C51單片機的介紹</p><p>　　80

80、C51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 為內核的單片機，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內部結構是與51 一致的。</p><p>　　80C51有40個

81、引腳，4個8位并行I/O口，1個全雙工異步串行口，同時內含5個中斷源，2個優(yōu)先級，2個16位定時/計數器。80C51的存儲器系統(tǒng)由4K的程序存儲器(掩膜ROM)，和128B的數據存儲器(RAM)組成?！?】</p><p>　　80C51單片機的基本組成框圖見圖4-1?！?】</p><p>　　圖4-1 80C51單片機結</p><p>　　由圖4-1可見，80

82、51單片機主要由以下幾部分組成：</p><p><b>　　cpu系統(tǒng)</b></p><p>　　8位cpu，含布爾處理器；</p><p><b>　　時鐘電路；</b></p><p><b>　　總線控制邏輯。</b></p><p><

83、b>　　存儲器系統(tǒng)</b></p><p>　　4K字節(jié)的程序存儲器（ROM/EPROM/Flash，可外擴至64KB）；</p><p>　　128字節(jié)的數據存儲器（RAM，可再外擴64KB）；</p><p>　　特殊功能寄存器SFR。</p><p>　　I/O口和其他功能單元</p><p>

84、<b>　　4個并行I/O口；</b></p><p>　　2個16位定時計數器；</p><p>　　1個全雙工異步串行口；</p><p>　　中斷系統(tǒng)（5個中斷源，2個優(yōu)先級）。</p><p>　　4.1.1 80C51單片機主要特性</p><p>　　1. 一個8 位的微處理器(CPU

85、)。</p><p>　　2. 片內數據存儲器RAM(128B)，用以存放可以讀／寫的數據，如運算的中間結果、最終結果以及欲顯示的數據等，SST89 系列單片機最多提供1K 的RAM。</p><p>　　3. 片內程序存儲器ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始數據和表格。但也有一些單片機內部不帶ROM/EPROM，如8031，8032，80C31 等。目前單片機的發(fā)展趨勢是將RAM

86、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(tǒng)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。</p><p>　　4. 四個8 位并行I／O 接口P0~P3，每個口既可以用作輸入，也可以用作輸出。</p><p>　　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

87、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。</p><p>　　6. 五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)?，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。</p><p>　　7. 一個全雙工UART(通用異步接收發(fā)送器)的串行I／O 口，用于實現單片機

88、之間或單機與微機之間的串行通信。</p><p>　　8. 片內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。【3】</p><p>　　4.1.2 80C51單片機管腳圖</p><p>　　圖4-2 80C51單片機管腳圖</p>

89、<p><b>　　部分引腳說明：</b></p><p>　　時鐘電路引腳XTAL1 和XTAL2：</p><p>　　XTAL2(18 腳)：接外部晶體和微調電容的一端；在8051 片內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。</p><p>　　要檢查8

90、051/8031 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。</p><p>　　XTAL1(19 腳)：接外部晶體和微調電容的另一端；在片內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。</p><p>　　控制信號引腳RST,ALE,PSEN 和EA：</p><p>　　RST/VPD(9 腳)：RST 是復位

91、信號輸入端，高電平有效。當此輸入端保持備用電源的輸入端。當主電源Vcc 發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時，將＋5V 電源自動兩個機器周期(24個時鐘振蕩周期)的高電平時，就可以完成復位操作。RST 引腳的第二功能是VPD,即接入RST 端，為RAM 提供備用電源，以保證存儲在RAM 中的信息不丟失，從而合復位后能繼續(xù)正常運行。</p><p>　　ALE/PROG(30 腳)：地址鎖存允許信號端。當8051 上電正

92、常工作后，ALE 引腳不斷向外輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率fOSC 的1/6。CPU 訪問片外存儲器時，ALE 輸出信號作為鎖存低8 位地址的控制信號。</p><p>　　平時不訪問片外存儲器時，ALE 端也以振蕩頻率的1/6 固定輸出正脈沖，因而ALE 信號可以用作對外輸出時鐘或定時信號。如果想確定8051/8031 芯片的好壞，可用示波器查看ALE端是否有脈沖信號輸出。如有脈沖信號輸出，則8051/8

93、031 基本上是好的。</p><p>　　ALE 端的負載驅動能力為8 個LS 型TTL(低功耗甚高速TTL)負載。</p><p>　　此引腳的第二功能PROG 在對片內帶有4KB EPROM 的8751 編程寫入(固化程序)時，作為編程脈沖輸入端。</p><p>　　PSEN(29 腳)：程序存儲允許輸出信號端。在訪問片外程序存儲器時，此端定時輸出負脈沖作為

94、讀片外存儲器的選通信號。此引肢接EPROM 的OE 端(見后面幾章任何一個小系統(tǒng)硬件圖)。PSEN 端有效，即允許讀出EPROM／ROM 中的指令碼。PSEN 端同樣可驅動8 個LS 型TTL 負載。要檢查一個8051/8031 小系統(tǒng)上電后CPU 能否正常到EPROM／ROM 中讀取指令碼，也可用示波器看PSEN 端有無脈沖輸出。如有則說明基本上工作正常。</p><p>　　EA/Vpp(31 腳)：外部程序

95、存儲器地址允許輸入端/固化編程電壓輸入端。當EA 引腳接高電平時，CPU只訪問片內EPROM/ROM并執(zhí)行內部程序存儲器中的指令，但當PC(程序計數器)的值超過0FFFH(對8751/8051 為4K)時，將自動轉去執(zhí)行片外程序存儲器內的程序。當輸入信號EA 引腳接低電平(接地)時，CPU 只訪問外部EPROM/ROM 并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令，而不管是否有片內程序存儲器。對于無片內ROM 的8031 或8032,需外擴EPROM，

96、此時必須將EA 引腳接地。此引腳的第二功能是Vpp 是對8751 片內EPROM固化編程時，作為施加較高編程電壓(一般12V～21V)的輸入端。</p><p>　　輸入/輸出端口P0/P1/P2/P3：</p><p>　　P0口(P0.0～P0.7，39~32 腳)：P0口是一個漏極開路的8 位準雙向I/O口。作為漏極開路的輸出端口，每位能驅動8 個LS 型TTL 負載。當P0 口作為

97、輸入口使用時，應先向口鎖存器(地址80H)寫入全1,此時P0 口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。作輸入口使用時要先寫1,這就是準雙向口的含義。在CPU 訪問片外存儲器時，P0口分時提供低8 位地址和8 位數據的復用總線。在此期間，P0口內部上拉電阻有效。</p><p>　　P1口(P1.0～P1.7，1~8 腳)：P1口是一個帶內部上拉電阻的8 位準雙向I/O口。P1口每位能驅動4 個LS 型TTL 負載。在

98、P1口作為輸入口使用時，應先向P1口鎖存地址(90H)寫入全1,此時P1口引腳由內部上拉電阻拉成高電平。</p><p>　　P2口(P2.0～P2.7，21~28 腳)：P2口是一個帶內部上拉電阻的8 位準雙向I/O口。P口每位能驅動4個LS 型TTL 負載。在訪問片外EPROM/RAM 時，它輸出高8 位地址。</p><p>　　P3口(P3.0～P3.7，10~17 腳)：P3口是

99、一個帶內部上拉電阻的8 位準雙向I/O口。P3口每位能驅動4個LS型TTL負載。P3口與其它I/O 端口有很大的區(qū)別，它的每個引腳都有第二功能，如下：</p><p>　　P3.0：(RXD)串行數據接收。</p><p>　　P3.1：(RXD)串行數據發(fā)送。</p><p>　　P3.2：(INT0#)外部中斷0輸入。</p><p>　

100、　P3.3：(INT1#)外部中斷1輸入。</p><p>　　P3.4：(T0)定時/計數器0的外部計數輸入。</p><p>　　P3.5：(T1)定時/計數器1的外部計數輸入。</p><p>　　P3.6：(WR#)外部數據存儲器寫選通。</p><p>　　P3.7：(RD#)外部數據存儲器讀選通。</p><p

101、>　　4.1.3 80C51單片機的中斷系統(tǒng)</p><p>　　80C51系列單片機的中斷系統(tǒng)有5個中斷源，2個優(yōu)先級，可以實現二級中斷服務嵌套。由片內特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器IE控制CPU是否響應中斷請求；由中斷優(yōu)先級寄存器IP安排各中斷源的優(yōu)先級；同一優(yōu)先級內各中斷同時提出中斷請求時，由內部的查詢邏輯確定其響應次序。</p><p>　　4.1.4 80C51單片機的定

102、時/計數器</p><p>　　在單片機應用系統(tǒng)中，常常會有定時控制需求，如定時輸出、定時檢測、定時掃描等；也經常要對外部事件進行計數。80C51單片機內集成有兩個可編程的定時/計數器：T0和T1，它們既可以工作于定時模式，也可以工作于外部事件計數模式，此外，T1還可以作為串行口的波特率發(fā)生器。</p><p>　　4.2 LCD液晶顯示器簡介</p><p>　　

103、顯示器是人與機器溝通的重要界面，早期以顯像管(CRT/Cathode Ray Tube)顯示器為主，但隨著科技不斷進步，各種顯示技術如雨后春筍般誕生，近來由于液晶(LCD)顯示器具有輕薄短小、耗電量低、無輻射危險，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢，在近年來價格不斷下跌的吸引下，逐漸取代CRT之主流地位，顯示器明日之星架勢十足。</p><p>　　液晶是一種既具有液體的流動性又具有光學特性的有機化合物，它的透

104、明程度和呈現的顏色受外加電場的影響，利用這特點便可做成字符顯示器。</p><p>　　液晶顯示器(LCD)英文全稱為Liquid Crystal Display，它一種是采用了液晶控制透光度技術來實現色彩的顯示器。和CRT顯示器相比，LCD的優(yōu)點是很明顯的。由于通過控制是否透光來控制亮和暗，當色彩不變時，液晶也保持不變，這樣就無須考慮刷新率的問題。</p><p>　　顯示接口用來顯示系

105、統(tǒng)的狀態(tài)，命令或采集的電壓數據。本系統(tǒng)顯示部分用的是LCD液晶模塊，采用一個16×1的字符型液晶顯示模塊。 </p><p>　　點陣圖形式液晶由 M 行×N 列個顯示單元組成，假設 LCD 顯示屏有64行，每行有 128列，每 8列對應 1 個字節(jié)的 8 個位，即每行由 16 字節(jié)，共 16×8=128個點組成，屏上 64×16 個顯示單元和顯示 RAM 區(qū) 1024 個

106、字節(jié)相對應，每一字節(jié)的內容和屏上相應位置的亮暗對應。一個字符由 6×8 或 8×8點陣組成，即要找到和屏上某幾個位置對應的顯示 RAM區(qū)的 8 個字節(jié)，并且要使每個字節(jié)的不同的位為‘1’，其它的為‘0’，為‘1’的點亮，為‘0’的點暗，這樣一來就組成某個字符。但對于內帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可讓控制器工作在文本方式，根據在LCD 上開始顯示的行列號及每行的列數找出顯示 RAM對應的地址，設立光

107、標，在此送上該字符對應的代碼即可。</p><p>　　4.2.1液晶模塊簡介</p><p>　　LM016L的結構及功能：</p><p>　　LM016L液晶模塊采用HD44780控制器，hd44780具有簡單而功能較強的指令集，可以實現字符移動，閃爍等功能，LM016L與單片機MCU通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式，hd44780控制器由兩個8位寄存器，

108、指令寄存器（IR）和數據寄存器（DR）忙標志（BF），顯示數RAM（DDRAM），字符發(fā)生器ROMA（CGOROM）字符發(fā)生器RAM（CGRAM），地址計數器RAM(AC)。IR用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出，DR用于寄存數據，數據由內部操作自動寫入DDRAM和CGRAM,或者暫存從DDRAM和CGRAM讀出的數據，BF為1時，液晶模塊處于內部模式，不響應外部操作指令和接受數據，DDTAM用來存儲顯示的字符，能存儲80個字符碼，CG