1、- I - 基于单片机的数字温度计设计 摘要 随着国民经济的发展，人们需要对各中加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉 中温度进行监测和控制。采用单片机来对他们控制不仅具有控制方便，简单和 灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的 提高产品的质量和数量。 在日常生活及工业生产过程中，经常要用到温度的检测及控制，温度是生 产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数之一。在生产过程中，为了高效 地进行生产，必须对它的主要参数，如温度、压力、流量等进行有效的控制。 温度控制在生产过程中占有相当大的比例。温度测量是温度控制的基础，技术 已经比较成熟。传统的测温元件有热电偶和二电阻。而
2、热电偶和热电阻测出的 一般都是电压，再转换成对应的温度，这些方法相对比较复杂，需要比较多的 外部硬件支持。我们用一种相对比较简单的方式来测量。 我们采用美国 DALLAS 半导体公司继 DS18B20 之后推出的一种改进型智能 温度传感器 DS18B20 作为检测元件，温度范围为-55125 C,最高分辨率可达 0.0625 C。DS18B20 可以直接读出北侧温度值，而且采用三线制与单片机相连， 减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。 本文介绍一种基于 AT89C51 单片机的一种温度测量及报警电路,该电路采 用 DS18B20 作为温度监测元件，测量范围 0-+100，使用 LE
3、D 模块显示， 能设置温度报警上下限。正文着重给出了软硬件系统的各部分电路，介绍了集 成温度传感器 DS18B20 的原理，AT89C51 单片机功能和应用。该电路设计新颖、 功能强大、结构简单。 关键词：温度测量；DS18B20；AT89C51 - II - Design of Digital Thermomer Based on SCM Abstract Along with national economy development, the people need to each heating furnace、the heat-treatment furnace、in the reac
4、tor 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 flexibility big and so on merits, moreover may enhance large scale is accused the temperature technical spe
5、cification, thus can big enhance the product the quality and quantity. In daily life and industrial production process, often used in the detection and control of temperature, temperature is the production process and scientific experiments in general and one of the important physical parameter. In
6、the production process, 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 measurement is the basis of temperature-controlled, more mature tech
7、nology.Traditional thermocouple and temperature components are the second resistor.The thermocouple and thermal resistance are generally measured voltage, and then replaced by the corresponding temperature, these methods are relatively complex, requiring a relatively large number of external hardwar
8、e support. We use a relatively simple way to measure. We use the United States following DALLAS Semiconductor DS1820 improved after the introduction of a smart temperature sensor DS18B20 as the detection element, a temperature range of -55 125 C, up to a maximum resolution of 0.0625 C. DS18B20 can b
9、e directly read out the temperature on the north side, and three-wire system with single-chip connected to a decrease of the external hardware circuit, with low-cost and easy use. The introduction of a cost-based AT89C51 MCU a temperatur measurement circuits, the circuits used DS18B20 high-precision
10、 temperatur sensor, measuring scope 0- +100,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 DS18B20, the founctions and applications o
11、f AT89C51 .This circuit design innovative, powerful, can be expansionary strong. Keywords：Temperatur measurement ； DS18B20; AT89C51 - III - 目录 摘要 I AbstractII 第 1 章 绪论 .5 1.1 课题背景及研究意义 .5 1.2 国内外现状 .5 1.3 课题的设计目的 .6 1.4 课题的主要工作 .6 1.5 本文研究内容 .6 第 2 章 开发工具 Proteus 与 Keil .8 2.1 Proteus 软件 8 2.1.1 Pro
12、teus 简介 .8 2.1.2 4 大功能模块 .8 2.1.3 ISIS 智能原理图输入系统 10 2.1.4 Proteus 简单应用 .10 2.2 Keil 软件 .11 2.2.1 Keil 软件简介 11 2.2.2 Keil 软件调试功能 11 2.3 本章小结 .12 第 3 章 系统概述 .13 3.1 方案选择 .13 3.1.1 方案一 13 3.1.2 方案二 14 3.2 系统设计原理 .14 3.3 系统组成 .14 3.4 DS18B20 温度传感器与单片机的接口电路 15 3.5 本章小结 .16 第 4 章 系统硬件设计 .17 4.1 80C51 单片机的
13、介绍 .17 4.1.1 80C51 单片机主要特性 18 4.1.2 80C51 单片机管脚图 19 4.1.3 80C51 单片机的中断系统 21 4.1.4 80C51 单片机的定时/计数器 .21 4.2 LCD 液晶显示器简介 21 4.2.1 液晶模块简介 22 4.2.2 液晶显示部分与 89C51 的接口 .23 4.3 通讯模块 .24 4.4 DS18B20 介绍 25 4.4.1 温度传感器工作原理 25 - IV - 4.4.2 DS18B20 相关介绍 .27 4.4.3 DS18B20 使用中的注意事项 .28 4.5 本章小结 .28 第 5 章 系统软件设计 .
14、30 5.1 主程序设计 .30 5.2 DS18B20 初始化 31 5.3 数据测试 .32 5.4 仿真结果 .32 5.5 本章小结 .34 结论 .35 致谢 .36 参考文献 .37 附录 A .38 附录 B .45 附录 C .50 附录 D .51 5 第 1 章 绪论 1.1 课题背景及研究意义 随着新技术的不断开发与应用，近年来单片机发展十分迅速，一个以微机 应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起，单片机的应用已经渗透到电力、冶 金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。传统的温度采集方法不仅费 时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到 很好的
15、解决。温度是工业对象中的一个重要的被控参数。然而所采用的测温元 件和测量方法也不相同；产品的工艺不同，控制温度的精度也不相同。因此对 数据采集的精度和采用的控制方法也不相同。传统的控制方式以不能满足高精 度，高速度的控制要求，如温度控制表温度接触器，其主要缺点是温度波动范 围大，由于他主要通过控制接触器的通断时间比例来达到改变加热功率的目的， 受仪表本身误差和交流接触器的寿命限制，通断频率很低。近几年来快速发展 了多种先进的温度控制方式，如：PID 控制，模糊控制，神经网络及遗传算法 控制等。这些控制技术大大的提高了控制精度，不但使控制变得简便，而且使 产品的质量更好，降低了产品的成本，提高了
16、生产效率。本系统所使用的加热 器件是电炉丝，功率为三千瓦，要求温度在 4001000。静态控制精度为 2.43。 本设计使用单片机作为核心进行控制。单片机具有集成度高，通用性好， 功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方 便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途。 1.2 国内外现状 温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的 温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相 比，仍然有着较大的差距。成熟的温控产品主要以“ 点位” 控制及常规的 PID 控 制器为主，它们只能适应一般温度系统控制，而用于较高控制场合的智能
17、化、 自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表 较少。随着我国经济的发展及加入 WTO，我国政府及企业对此都非常重视，对 相关企业资源进行了重组，相继建立了一些国家、企业的研发中心，开展创新 性研究，使我国仪表工业得到了迅速的发展。 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功 能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件： CPU、 内存、内部和外部 总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如 通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可 以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。
18、 单片机也被称为微控制器（Microcontroller ） ，是因为它最早被用在工业控 制领域。单片机由芯片内仅有 CPU 的专用处理器发展而来。最早的设计理念是 6 通过将大量外围设备和 CPU 集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集 成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL 的 Z80 是最早按照这种 思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 早期的单片机都是 8 位或 4 位的。其中最成功的是 INTEL 的 8031，因为简 单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在 8031 上发展出了 MCS51 系列单 片机系统。基于这一系统的单片机系
19、统直到现在还在广泛使用。随着工业控制 领域要求的提高，开始出现了 16 位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广 泛的应用。90 年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大的提高。 随着 INTEL i960 系列特别是后来的 ARM 系列的广泛应用，32 位单片机迅速取 代 16 位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的 8 位单片机的性能也 得到了飞速提高，处理能力比起 80 年代提高了数百倍。目前，高端的 32 位单 片机主频已经超过 300MHz，性能直追 90 年代中期的专用处理器，而普通的型 号出厂价格跌落至 1 美元，最高端的型号也只有 10 美元。当代单片机系统已
20、经 不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全 系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直 接使用专用的 Windows 和 Linux 操作系统。 1.3 课题的设计目的 1. 巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识 解决工业控制的能力。 2. 培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力， 提高组成系统、编程、调试的动手能力。 3. 通过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研 制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。 1.4 课题的主要工作 本课题的研究重点是设计一种基于单片机
21、的数字温度计控制系统。利用数 字温度传感器 DS18B20，此传感器课读取被测量温度值，进行转换。 主要工作如下： 1. 温度测试基本范围 0100。 2. 精度误差小于 1。 3. LED 液晶显示。 4. 可以设定温度的上下限报警功能。 5. 实现报警提示。 1.5 本文研究内容 数 字 温 度 计 采 用 温 度 敏 感 元 件 也 就 是 温 度 传 感 器 （ 如 铂 电 阻 ， 热 电 偶 ， 半 导 体 ， 热 敏 电 阻 等 ） ， 将 温 度 的 变 化 转 换 成 电 信 号 的 变 化 ， 如 电 压 和 电 流 的 变 化 ， 温 度 变 化 和 电 信 号 的 变 化
22、 有 一 定 的 关 系 ， 如 线 性 关 系 ， 一 定 的 曲 线 7 关 系 等 ， 这 个 电 信 号 可 以 使 用 模 数 转 换 的 电 路 即 A/D 转 换 电 路 将 模 拟 信 号 转 换 为 数 字 信 号 ， 数 字 信 号 再 送 给 处 理 单 元 ， 如 单 片 机 或 者 PC 机 等 ， 处 理 单 元 经 过 内 部 的 软 件 计 算 将 这 个 数 字 信 号 和 温 度 联 系 起 来 ， 成 为 可 以 显 示 出 来 的 温 度 数 值 ， 如 25.0摄 氏 度 ， 然 后 通 过 显 示 单 元 ， 如 LED,LCD 或 者 电 脑 屏
23、幕 等 显 示 出 来 给 人 观 察 。 这 样 就 完 成 了 数 字 温 度 计 的 基 本 测 温 功 能 。 本 文 是 基 于 AT89S51 单 片 机 ， 采 用 数 字 温 度 传 感 器 DS18B20， 利 用 DS18B20 不 需 要 A/D 转 换 ， 课 直 接 进 行 温 度 采 集 显 示 ， 报 警 的 数 字 温 度 计 设 计 。 包括传感器数据采集电路，温度显示电路，上下限报警调整电路，单片 机主板电路等组成。 8 第 2 章 开发工具 Proteus 与 Keil 2.1 Proteus 软件 2.1.1 Proteus 简介 Proteus 软 件
24、 是 英 国 Labcenter electronics 公 司 出 版 的 EDA 工 具 软 件 （ 该 软 件 中 国 总 代 理 为 广 州 风 标 电 子 技 术 有 限 公 司 ） 。 它 不 仅 具 有 其 它 EDA 工 具 软 件 的 仿 真 功 能 ， 还 能 仿 真 单 片 机 及 外 围 器 件 。 它 是 目 前 最 好 的 仿 真 单 片 机 及 外 围 器 件 的 工 具 。 虽 然 目 前 国 内 推 广 刚 起 步 ， 但 已 受 到 单 片 机 爱 好 者 、 从 事 单 片 机 教 学 的 教 师 、 致 力 于 单 片 机 开 发 应 用 的 科 技 工
25、 作 者 的 青 睐 。 Proteus 是 世 界 上 著 名 的 EDA 工 具 (仿 真 软 件 )， 从 原 理 图 布 图 、 代 码 调 试 到 单 片 机 与 外 围 电 路 协 同 仿 真 ， 一 键 切 换 到 PCB 设 计 ， 真 正 实 现 了 从 概 念 到 产 品 的 完 整 设 计 。 是 目 前 世 界 上 唯 一 将 电 路 仿 真 软 件 、 PCB 设 计 软 件 和 虚 拟 模 型 仿 真 软 件 三 合 一 的 设 计 平 台 ， 其 处 理 器 模 型 支 持 8051、 HC11、 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、 AVR
26、、 ARM、 8086和 MSP430等 ， 2010年 即 将 增 加 Cortex 和 DSP 系 列 处 理 器 ， 并 持 续 增 加 其 他 系 列 处 理 器 模 型 。 在 编 译 方 面 ， 它 也 支 持 IAR、 Keil 和 MPLAB 等 多 种 编 译 器 。 该软件的特点是： 1. 实现了单片机仿真和 SPICE 电路仿真相结合，具有模拟电路仿真、数字 电路仿真、各种单片机(51 系列、AVR、PIG 等常用的 MCU)及其外围电路(如 LCD、RAM、 ROM、键盘、 LED、A/D、D/A) 组成的系统仿真。 2. 提供了多种虚拟仪器。如示波器、逻辑分析仪、信号
27、发生器等，调试非 常方便。 3. 提供软件调试功能，同时支持第三方的软件编译和调试环境，如 Keil 等 软件。 4. 具有强大的原理图绘制功能。Proteus 与其它单片机仿真软件不同的是， 它不仅能仿真单片机 CPU 的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机 参与的其它电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语 句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变,而是从工程的角度直接看程序运行 和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验从某种意义上讲，是弥补 了实验和工程应用阉脱节的矛盾和现象。同时，当硬件调试成功后，利用 Proteus ARES 软件，很容易获得其 PCB 图
28、，为今后的制造提供了方便。 2.1.2 4 大功能模块 1. 智能原理图设计（ISIS） 丰 富 的 器 件 库 ： 超 过 27000种 元 器 件 ， 可 方 便 地 创 建 新 元 件 。 智 能 的 器 件 搜 索 ： 通 过 模 糊 搜 索 可 以 快 速 定 位 所 需 要 的 器 件 。 智 能 化 的 连 线 功 能 ： 自 动 连 线 功 能 使 连 接 导 线 简 单 快 捷 ， 大 大 缩 短 绘 图 9 时 间 。 支 持 总 线 结 构 ： 使 用 总 线 器 件 和 总 线 布 线 使 电 路 设 计 简 明 清 晰 。 可 输 出 高 质 量 图 纸 ： 通 过
29、个 性 化 设 置 ， 可 以 生 成 印 刷 质 量 的 BMP 图 纸 ， 可 以 方 便 地 供 WORD、 POWERPOINT 等 多 种 文 档 使 用 。 2. 完 善 的 电 路 仿 真 功 能 （ Prospice） ProSPICE 混 合 仿 真 ： 基 于 工 业 标 准 SPICE3F5， 实 现 数 字 /模 拟 电 路 的 混 合 仿 真 。 超 过 27000个 仿 真 器 件 ： 可 以 通 过 内 部 原 型 或 使 用 厂 家 的 SPICE 文 件 自 行 设 计 仿 真 器 件 ， Labcenter 也 在 不 断 地 发 布 新 的 仿 真 器 件
30、 ， 还 可 导 入 第 三 方 发 布 的 仿 真 器 件 。 多 样 的 激 励 源 ： 包 括 直 流 、 正 弦 、 脉 冲 、 分 段 线 性 脉 冲 、 音 频 （ 使 用 wav 文 件 ） 、 指 数 信 号 、 单 频 FM、 数 字 时 钟 和 码 流 ， 还 支 持 文 件 形 式 的 信 号 输 入 。 丰 富 的 虚 拟 仪 器 ： 13种 虚 拟 仪 器 ， 面 板 操 作 逼 真 ， 如 示 波 器 、 逻 辑 分 析 仪 、 信 号 发 生 器 、 直 流 电 压 /电 流 表 、 交 流 电 压 /电 流 表 、 数 字 图 案 发 生 器 、 频 率 计 /
31、计 数 器 、 逻 辑 探 头 、 虚 拟 终 端 、 SPI 调 试 器 、 I2C 调 试 器 等 。 生 动 的 仿 真 显 示 ： 用 色 点 显 示 引 脚 的 数 字 电 平 ， 导 线 以 不 同 颜 色 表 示 其 对 地 电 压 大 小 ， 结 合 动 态 器 件 （ 如 电 机 、 显 示 器 件 、 按 钮 ） 的 使 用 可 以 使 仿 真 更 加 直 观 、 生 动 高 级 图 形 仿 真 功 能 （ ASF） ： 基 于 图 标 的 分 析 可 以 精 确 分 析 电 路 的 多 项 指 标 ， 包 括 工 作 点 、 瞬 态 特 性 、 频 率 特 性 、 传 输
32、 特 性 、 噪 声 、 失 真 、 傅 立 叶 频 谱 分 析 等 。 3. 独 特 的 单 片 机 协 同 仿 真 功 能 （ VSM） 支 持 主 流 的 CPU 类 型 ： 如 ARM7、 8051/52、 AVR、 PIC10/12、 PIC16、 PIC18、 PIC24、 dsPIC33、 HC 11、 BasicStamp、 8086、 MSP430等 ， CPU 类 型 随 着 版 本 升 级 还 在 继 续 增 加 ， 如 即 将 支 持 CORTEX、 DSP 处 理 器 。 支 持 通 用 外 设 模 型 ： 如 字 符 LCD 模 块 、 图 形 LCD 模 块 、
33、LED 点 阵 、 LED 七 段 显 示 模 块 、 键 盘 /按 键 、 直 流 /步 进 /伺 服 电 机 、 RS232虚 拟 终 端 、 电 子 温 度 计 等 等 ， 其 COMPIM（ COM 口 物 理 接 口 模 型 ） 还 可 以 使 仿 真 电 路 通 过 PC 机 串 口 和 外 部 电 路 实 现 双 向 异 步 串 行 通 信 。 实 时 仿 真 ： 支 持 UART/USART/EUSARTs 仿 真 、 中 断 仿 真 、 SPI/I2C 仿 真 、 MSSP 仿 真 、 PSP 仿 真 、 RTC 仿 真 、 ADC 仿 真 、 CCP/ECCP 仿 真 。
34、编 译 及 调 试 ： 支 持 单 片 机 汇 编 语 言 的 编 辑 /编 译 /源 码 级 仿 真 ， 内 带 8051、 AVR、 PIC 的 汇 编 编 译 器 ， 也 可 以 与 第 三 方 集 成 编 译 环 境 （ 如 IAR、 Keil 和 Hitech） 结 合 ， 进 行 高 级 语 言 的 源 码 级 仿 真 和 调 试 。 4. 实 用 的 PCB 设 计 平 台 原 理 图 到 PCB 的 快 速 通 道 ： 原 理 图 设 计 完 成 后 ， 一 键 便 可 进 入 ARES 的 PCB 设 计 环 境 ， 实 现 从 概 念 到 产 品 的 完 整 设 计 。 1
35、0 先 进 的 自 动 布 局 /布 线 功 能 ： 支 持 器 件 的 自 动 /人 工 布 局 ； 支 持 无 网 格 自 动 布 线 或 人 工 布 线 ； 支 持 引 脚 交 换 /门 交 换 功 能 使 PCB 设 计 更 为 合 理 。 完 整 的 PCB 设 计 功 能 ： 最 多 可 设 计 16个 铜 箔 层 ， 2个 丝 印 层 ， 4个 机 械 层 （ 含 板 边 ） ， 灵 活 的 布 线 策 略 供 用 户 设 置 ， 自 动 设 计 规 则 检 查 ， 3D 可 视 化 预 览 。 多 种 输 出 格 式 的 支 持 ： 可 以 输 出 多 种 格 式 文 件 ，
36、包 括 Gerber 文 件 的 导 入 或 导 出 ， 便 利 与 其 它 PCB 设 计 工 具 的 互 转 （ 如 protel） 和 PCB 板 的 设 计 和 加 工 。 2.1.3 ISIS 智能原理图输入系统 ISIS 是 PROTEUS 系统的中心 ,它远不仅是一个图表库。它是具有控制原理 图画图的外观的超强的设计环境。无论用户的要求是快速实现复杂设计的仿真 以及 PCB 设计,还是设计精美的原理图以供出版,ISIS 都可以很好的完成。 ISIS 提供给用户图形外观包括线宽、填充类型、字符等的全部控制，使用 户能够生成如杂志上看到一样精美的原理图，远胜过 CAD 软件绘制出的稀
37、薄的 线条。画完图可以以图形文件输出，或者拷贝到剪切板以便其他文件使用。这 就使得 ISIS 成为制作技术文件，学术论文，项目报告的理想工具，也是 PCB 设 计的一个出色的前端。画图的外形由风格模板定义。此外，此方案允许用户定 制元件库提供的库部件的外观。 2.1.4 Proteus 简单应用 图 2-1 proteus 界面图 1. 绘制原理图：绘制原理图要在原理图编辑窗口中的蓝色方框内完成。原 理图编辑窗口的操作是不同于常用的 WINDOWS 应用程序的，正确的操作是： 用左键放置元件；右键选择元件；双击右键删除元件；右键拖选多个元件；先 右键后左键编辑元件属性；先右键后左键拖动元件；连
38、线用左键，删除用右键； 11 改连接线：先右击连线，再左键拖动；中键放缩原理图。 2. 定制自己的元件：有三个个实现途径，一是用 PROTEUS VSM SDK 开 发仿真模型，并制作元件；另一个是在已有的元件基础上进行改造，比如把元 件改为 bus 接口的；还有一个是利用已制作好(别人的 )的元件，我们可以到网上 下载一些新元件并把它们添加到自己的元件库里面。 3. Sub-Circuits 应用：用一个子电路可以把部分电路封装起来，这样可以节 省原理图窗口的空间。 2.2 Keil 软件 2.2.1 Keil 软件简介 Keil C51是 美 国 Keil Software 公 司 出 品
39、 的 51系 列 兼 容 单 片 机 C 语 言 软 件 开 发 系 统 ， 与 汇 编 相 比 ， C 语 言 在 功 能 上 、 结 构 性 、 可 读 性 、 可 维 护 性 上 有 明 显 的 优 势 ， 因 而 易 学 易 用 。 用 过 汇 编 语 言 后 再 使 用 C 来 开 发 ， 体 会 更 加 深 刻 。 Keil C51软 件 提 供 丰 富 的 库 函 数 和 功 能 强 大 的 集 成 开 发 调 试 工 具 ， 全 Windows 界 面 。 另 外 重 要 的 一 点 ， 只 要 看 一 下 编 译 后 生 成 的 汇 编 代 码 ， 就 能 体 会 到 Kei
40、l C51生 成 的 目 标 代 码 效 率 非 常 之 高 ， 多 数 语 句 生 成 的 汇 编 代 码 很 紧 凑 ， 容 易 理 解 。 在 开 发 大 型 软 件 时 更 能 体 现 高 级 语 言 的 优 势 。 Keil C51 软件是一个基于32位 Windows 环境的应用程序，支持 C 语言和汇编语言编程， 其6.0以上的版本将编译和仿真软件统一为 Vision(通常称为 V2)。Keil 提供包 括 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的 完整开发方案，由以下几部分组成：Vision IDE 集成开发环境 C51编译器、 A51汇编器、LIB
41、51库管理器、BL51连接/定位器、OH51目标文件生成器以及 Monitor-51、RTX51实时操作系统。 2.2.2 Keil 软件调试功能 应用 Keil 进行软件仿真开发的主要步骤为：编写源程序并保存建立工程 并添加源文件设置工程编译/汇编、连接，产生目标文件 程序调试。Keil 使用“工程”(Project) 的概念，对工程 (而不能对单一的源程序 )进行编译/ 汇编、连 接等操作。工程的建立、设置、编译/汇编及连接产生目标文件的方法非常易于 掌握。首先选择菜单 File-New，在源程序编辑器中输入汇编语言或 C 语言源 程序( 或选择 File-Open，直接打开已用其它编辑器
42、编辑好的源程序文档)并保 存，注意保存时必须在文件名后加上扩展名.asm(.a51) 或.c；然后选择菜单 Project-New Project，建立新工程并保存(保存时无需加扩展名，也可加上扩展 名.uv2) ；工程保存后会立即弹出一个设备选择对话框，选择 CPU 后点确定返回 主界面。这时工程管理窗口的文件页(Files)会出现 “Target1”，将其前面+ 号展开， 接着选择 Source Group1，右击鼠标弹出快捷菜单，选择“Add File to Group Source Group1”，出现一个对话框，要求寻找并加入源文件(在加入一个源文件 后，该对话框不会消失，而是等待继
43、续加入其它文件)。加入文件后点 close 返 回主界面，展开“Source Group1”前面+号，就会看到所加入的文件，双击文件名， 12 即可打开该源程序文件。紧接着对工程进行设置，选择工程管理窗口的 Target1，再选择 Project-Option for TargetTarget1(或点右键弹出快捷菜单再选择 该选项)，打开工程属性设置对话框，共有 8 个选项卡，主要设置工作包括在 Target 选项卡中设置晶振频率、在 Debug 选项卡中设置实验仿真板等，如要写 片，还必须在 Output 选项卡中选中“Creat Hex Fi”；其它选项卡内容一般可取默 认值。工程设置后按
44、 F7 键 (或点击编译工具栏上相应图标 )进行编译/汇编、连接 以及产生目标文件。 成功编译/汇编、连接后，选择菜单 Debug-Start/Stop Debug Session(或按 Ctrl+F5 键)进入程序调试状态，Keil 提供对程序的模拟调试功能，内建一个功能 强大的仿真 CPU 以模拟执行程序。Keil 能以单步执行(按 F11 或选择 Debug- Step)、过程单步执行( 按 F10 或选择 Debug-Step Over)、全速执行等多种运行方 式进行程序调试。如果发现程序有错，可采用在线汇编功能对程序进行在线修 改(Debug-Inline Assambly)，不必执
45、行先退出调试环境、修改源程序、对工程 重新进行编译/汇编和连接、然后再次进入调试状态的步骤。对于一些必须满足 一定条件( 如按键被按下等)才能被执行的、难以用单步执行方式进行调试的程序 行，可采用断点设置的方法处理(Debug-Insert/Remove Breakpoint 或 Debug- Breakpoints等) 。在模拟调试程序后，还须通过编程器将.hex 目标文件烧写入 单片机中才能观察目标样机真实的运行状况。 2.3 本章小结 本章主要简单介绍了研究本课题需要用到的仿真软件 Proteus 和编译软件 Keil，了解了这两种软件发展，功能和初步用法，了解了 proteus 的四大
46、功能模 块，以及 keil 的调试功能等，为以后设计打好基础。相信通过后面的学习会有 更深体会。 13 第 3 章 系统概述 3.1 方案选择 该系统主要由温度测量和数据采集两部分电路组成，实现的方法有很多种， 下面将列出两种在日常生活中和工农业生产中经常用到的实现方案。 3.1.1 方案一 采用热电偶温差电路测温，温度检测部分可以使用低温热偶，热电偶由两 个焊接在一起的异金属导线所组成，热电偶产生的热电势由两种金属的接触电 势和单一导体的温差电势组成。通过将参考结点保持在已知温度并测量该电压， 便可推断出检测结点的温度。数据采集部分则使用带有A/D 通道的单片机，在 将随被测温度变化的电压或
47、电流采集过来，进行A/D 转换后，就可以用单片机 进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。热电偶的优点 是工作温度范围非常宽，且体积小，但是它们也存在着输出电压小、容易遭受 来自导线环路的噪声影响以及漂移较高的缺点，并且这种设计需要用到A/D 转 换电路，感温电路比较麻烦。 系统主要包括对A/D0809 的数据采集，自动手动工作方式检测，温度的显 示等，这几项功能的信号通过输入输出电路经单片机处理。此外还有复位电路， 晶振电路，启动电路等。故现场输入硬件有手动复位键、A/D 转换芯片，处理 芯片为51 芯片，执行机构有4 位数码管、报警器等。 【1】 系统框图如图 3-1所示。
48、 单片机 数码管 报警电路 测温电路 晶振电路 复位电路 A D C 0 8 0 9 按键防抖动 图 3-1 热电偶温差电路测温系统框图 14 3.1.2 方案二 采用数字温度芯片DS18B20 测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处 理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳 定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。在0100 摄氏度时，最大线形 偏差小于1 摄氏度。DS18B20 的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数 字温度计DS18B20和微控制器AT89S51 构成的温度测量装置,它直接输出温度的 数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就
49、比较简单,体积也不大。 采用51 单片机控制，软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算 法和逻辑控制，而且体积小，硬件实现简单，安装方便。既可以单独对多 DS18B20控制工作，还可以与PC 机通信上传数据，另外AT89S51 在工业控制 上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。 【1】 该系统利用AT89S51芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显 示，能够实现快速测量环境温度，并可以根据需要设定上下限报警温度。该系 统扩展性非常强，它可以在设计中加入时钟芯片DS1302以获取时间数据，在数 据处理同时显示时间，并可以利用AT24C16芯片作为存储器件，以此来对某些 时间点的温度数据进行存储，利用键盘来进行调时和温度查询，获得的数据可 以通过MAX232芯片与计算机的RS232接口进行串口通信，方便的采集和整理时 间温度数据。 从以上两种方案，容易看出方案一的测温装置可测温度范围宽、体积小， 但是线性误差较大。方案二的测温装置电路简单、精确度较
