STC10F08XE單片機溫度計課程實訓

濟寧職業技術學院 胡建波

濟寧市高級職業學校 胡延平

單片機實訓可以采用多種形式：比如面包板、洞洞實驗板、實訓套件等。本文主要以DS18B20溫度傳感器為例交流單片機課程實訓體會。為了使學生積極投入到單片機課程實訓中，讓每位學生獨立設計一件較為實用的作品，并焊接做出產品，有條的送給他們做為鼓勵，可大大調動學生學習單片機的熱情和積極性。考慮到網上DS18B20溫度計案例較多，為了避免學生抄襲，實訓最好能選用較為新型單片機，并有利于學生對新器件的選擇應用和學習；但也不能偏離太多而增加難度，不利于知識的鞏固和理解。本案例選用的STC10F08XE為1T單片機，速度較普通89C51單片機快8-10倍，且兼容51指令和引腳排列。為了方便交流學習，本文中的仿真電路、PCB板圖、51仿真測試程序和1T單片機STC10F08XE程序可在CSDN網站下載。

表1 P0口數碼管LEFT1段碼(0～2)計算方式

圖1 電路原理

圖2 時鐘-溫度計流程圖

1.明確實訓任務

上電直接進入溫度顯示，顯示精度0.1度。運用溫度傳感器ds18b20測試環境溫度，經單片機接收并對數據處理，用4位共陽數碼管顯示。上電前長按鍵則進入時鐘顯示。長按鍵1秒進入時鐘調分功能，分數碼管閃爍，每按一次鍵分+1，加到60回0；再長按鍵進入調時功能，時數碼管閃爍，每按鍵一次時+1，加到24回0。時鐘計時使用定時器T0，數碼管閃爍計時使用定時器T1。拓展功能：設置上下限溫度報警，上下限溫度值自定義。

2.實訓開發環境

現代電子產品，硬件產品從設計到制板周期較長，一般要外加工訂做PCB板。為了能在產品焊接調試前驗證硬件電路及軟件設計缺陷，有經驗的工程師一般要進行仿真測試。Proteus是一款比較實用的單片機程序仿真、硬件電路設計及PCB制板軟件，具有較為豐富的元件庫，并能創建元器件和封裝，該軟件簡單易學且功能強大。keil軟件提供視窗化的編輯、編譯和調試窗口，可進行單步、斷點調試，并可與Proteus仿真軟件聯接調試以便觀察寄存器和RAM數據變化。

3.硬件電路

3.1 電路原理

電路采用數碼管靜態顯示（圖1），Proteus仿真電路中的單片機使用AT89C51，實際產品中使用STC10F08XE單片機，可直接驅動1英寸LED數碼管，與0.56英寸LED數碼管相比較，具有較好的視覺效果。為了方便制板中的布線，進一步加深學生對數碼管段碼的理解，數碼管段碼采用了非標準共陽段碼格式，這在工程設計中是非常實用的，其中數碼管LEFT1使用一種格式，其余三個數碼管使用另一種格式。表1列舉了P0口數碼管LEFT1段碼(0～2)計算方式。

3.2 創建元件封裝

本例中用的數碼管是1英寸共陽LED數碼管，Proteus中沒有對應的封裝。另外按鍵和DC電源插座也需要創建對應的封裝。元器件封裝創建后應在原理圖中添加指定的封裝，將原理圖中元器件的引腳序號與封裝庫中的引腳序號建立一一對應關系。若學生能獨立完成，就能很容易的理解元器件引腳排列。

3.3 PCB制板

PCB制板主要任務是元件排列布局和布線，元器布局一般采用自動排列元器件和手動排列相結合的方式，布線通常也采用自動與手動相結合的方式。實訓中為了鍛練學生的動手能力，采用單面板手動布局和布線。

4.軟件設計

項目設計的目的是鞏固所學理論知識，因溫度計項目包含的單片機知識點有限，為了讓學生充分利用所做電路資源，加深對單片機定時計數器的應用，項目中增加了時鐘功能。上電前長按鍵進入時鐘功能，直接加電進入溫度度功能。利用定時器0實現0.05毫秒時鐘計時，計數20次1秒。為了讓學生熟練使用獨立式按鍵，增加時鐘調整功能，且僅使用一個按鍵，長按0.5秒進入時、分調整或退出時鐘調整，單擊按鍵一次調整時、分+1。利用定時器1實現0.05毫秒時鐘調整閃爍計時，計數6次0.3秒數碼管亮滅狀態取反。學生也可利用此獨立按鍵編寫溫度計報警功能的上下限溫度值調整程序。根據實訓時間按排還可加入時鐘芯片DS1302，這樣可實現時鐘顯示和溫度顯示的隨意切換，可避免由于使用了定時器中斷影響時鐘精度，如圖2所示。

5.仿真測試

Proteus提供的代碼調試窗口可全速、單步、進入子程序、退出子程序、執行到光標行和設置斷點多種調試手段，通過查看仿真電路引腳電平、數碼管數據顯示、CPU寄存器、數據寄存器和SFR等內容變化，以便分析產生問題的原因，查找軟硬件錯誤。

特征數據測試與調試技術是現代單片機應用開發工程師最基本的能力要求，這不僅指軟件測試也包括硬件電路糾錯，所以在實訓過程中應特別強調該能力要素，通過實訓養成學生獨立思考的習慣，培養學生獨立解決問題的能力。部分學生實訓過程中不善于動腦，惰性較大。程序編輯輸入完成輸出結果就認為完成作業作務。其實學生們完成的僅是把書本的程序文檔在PC機上錄入一遍，有的同學甚至拷貝一份，其實質并沒達到程序調試的目的。對于已經完成作業任務的同學，在實訓過程中教師可嘗試將某些指令或電路有針對性的改錯，讓他們通過學到的調試技術和方法重新調試查找軟硬件錯誤。一般的編譯提示錯誤學生可能比較好改正，但結構性或非語法類指令錯誤，編譯系統不能提示，學生查錯就相對因難，這就要求學生有耐心細致的工作態度，擺脫浮夸的學習作風。另外實訓過程中應嚴格考評，將考評與實訓成績結合。

6.產品焊接調試

6.1 熟練掌握焊接技術

焊接技術是單片機課程設計、裝配不可缺少的重要環節，焊接質量的好壞真接影響電子產品的質量性能。學習焊接知識、焊接方法，熟練掌握手工焊接的基本技能，練好焊接基本功也是單片機課程實訓的重點內容之一。

6.2 產品焊接測試

焊接過程中可能會出現虛焊、斷路、導線連接錯誤，或焊接時間過長損壞元器件，或程序軟件錯誤，即出現的軟硬件錯誤使產品不能實現所要求的預期功能，這時就需要調試查找錯誤。由于STC10F08XE單片機沒有對應的硬件仿真器，產品焊接成功后不能進行在線實時跟蹤調試，學生可利用keil軟件的虛擬調試器查看CPU寄存器和RAM變量，或利用串口回顯待測數據。另外隨著STC最新型可仿真單片機IAP15F2K61S2的量產，在以后的實訓中可選用該單片機讓學生動態觀察CPU寄存器、RAM或硬件顯示數據變化，并利用電壓表等工具測試電路引腳電平變化。單片機調試是一枯燥、繁瑣的腦力勞動，需要有持之以恒的決心和耐心，能較好的鍛煉學生的毅力。