嵌入式虛擬實驗平臺下溫度報警器的設(shè)計與實現(xiàn)

摘 要：針對高等院校傳統(tǒng)單片機實驗系統(tǒng)中存在的硬件成本偏高及仿真難以實現(xiàn)等問題，研究了一種基于新型嵌入式系統(tǒng)仿真軟件Proteus+Keil C的仿真平臺。

關(guān)鍵詞：單片機； 嵌入式虛擬實驗平臺； Proteus； Keil； 溫度報警器

中圖分類號： 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-3315（2015）04-177-002

隨著嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的誕生與發(fā)展，單片機作為典型的嵌入式微處理器（MCU），在工業(yè)控制及人類生活中得到廣泛應(yīng)用，如手機、電話、各種家用電器等電子產(chǎn)品中都集成有單片機，汽車上一般會集成40多片，工業(yè)控制當(dāng)中甚至?xí)袛?shù)百單片機在同時工作。單片機的應(yīng)用要遠遠大于PC機。

Proteus仿真環(huán)境是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA軟件仿真模擬電路和數(shù)字電路的功能，還能仿真以軟件為核心的單片機及外圍器件。Proteus是目前最好的單片機及外圍器件仿真軟件，受到單片機愛好者、教師、嵌入式開發(fā)工作者的青睞。Proteus實現(xiàn)了從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計，是迄今為止世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)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年增加了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MATLAB等多種編譯環(huán)境。

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）系統(tǒng)總體設(shè)計概述

總體設(shè)計方案采用AT89C52單片機作控制器，溫度傳感器選用DS18B20來設(shè)計數(shù)字溫度計，系統(tǒng)由5個模塊組成：主控制器、測溫電路、顯示電路、控制電路、報警及指示電路。主控制器由單片機AT89C52實現(xiàn)，測溫電路由DS18B20溫度傳感器實現(xiàn)，顯示電路由1602LCD直讀顯示，報警指示電路由蜂鳴器和發(fā)光二級管構(gòu)成，控制電路由按鍵構(gòu)成。本設(shè)計所使用的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準(zhǔn)確等特點，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對溫度的精度要求較高的場所，或科研實驗室使用，并且加有報警裝置，超過限制溫度可發(fā)出報警信號，還可以調(diào)整報警上下限溫度。該設(shè)計控制器使用單片機AT89C52，測溫傳感器使用DS18B20，用1602LCD實現(xiàn)溫度顯示，能準(zhǔn)確達到以上要求。

（2）硬件設(shè)計

本系統(tǒng)設(shè)計由5個模塊組成：主控制器（單片機）、溫度采集模塊、溫度顯示模塊、控制電路模塊、報警及指示模塊。主控制器由單片機AT89C52實現(xiàn)，測溫電路由DS18B20溫度傳感器實現(xiàn)，顯示電路1602LCD直讀顯示，報警指示電路由蜂鳴器和發(fā)光二級管構(gòu)成，控制電路由按鍵構(gòu)成。硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（3）軟件設(shè)計

軟件部分設(shè)計分為以下幾個部分：采集數(shù)據(jù)、顯示數(shù)據(jù)、數(shù)值比較、LCD顯示等，用Keil C編譯。其中軟件設(shè)計關(guān)鍵部分為ds18b20數(shù)據(jù)采集。讀取溫度關(guān)鍵代碼如下：

DS18B20的讀操作：①將數(shù)據(jù)線拉高“1”。②延時2us。③將數(shù)據(jù)線拉低“0”。④延時15us。⑤將數(shù)據(jù)線拉高“1”。⑥延時15us。⑦讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個狀態(tài)位，并進行數(shù)據(jù)處理。⑧延時30us。

讀操作程序代碼如下：

uchar ds_read（void）

{

uchar i；

uchar value=0；

for（i=8；i>0；i--）

{

DQ=1；_nop_（）；

_nop_（）；

value>>=1；

DQ=0；

_nop_（）；

_nop_（）；

_nop_（）；

_nop_（）；

DQ=1；

_nop_（）；

_nop_（）；

_nop_（）；

_nop_（）；

if（DQ）value|=0x80；

delay（6）；

}

DQ=1；

return（value）；

}

2.Proteus仿真結(jié)果

將以上關(guān)鍵程序利用Keil C編譯生成.Hex文件，在Proteus原理圖界面雙擊單片機，在彈出的編輯窗口編輯晶振頻率（11.0592MHz），點擊“Program File”選中在Keil C里生成的.Hex文件確定即可。點擊仿真按鈕，進行仿真。仿真效果如圖1所示。

3、結(jié)論

研究了在嵌入式虛擬實訓(xùn)平臺下的AT89C52單片機利用DS18B20溫度傳感器模塊和1602LCD顯示模塊進行溫度報警器的仿真，軟件部分和現(xiàn)實設(shè)計中一樣，采用Keil C編程，仿真結(jié)果表明成功可靠。與傳統(tǒng)硬件仿真器仿真相比，由Proteus+Keil C組成的嵌入式虛擬實驗平臺方便設(shè)計者修改元件參數(shù)來優(yōu)化設(shè)計，效率高、成本低、效果好。

利用嵌入式虛擬仿真環(huán)境進行嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)具有一定的推廣意義。經(jīng)實驗驗證具有通用性，可以運用于其他相關(guān)型器件與微處理器中，具有高等院校教學(xué)和社會實際應(yīng)用很高的參考價值。

基金項目支持：項目名稱：面向高校的嵌入式技術(shù)虛擬實訓(xùn)平臺的應(yīng)用研究，項目類別：保定市科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展指導(dǎo)計劃項目，保定市科技攻關(guān)項目，項目編號：14ZG025。

參考文獻：

[1]鄭賢標(biāo)，姜偉，周見行等.基于Proteus 的單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)仿真[J]機電工程，2010.27（1）：31-33，37

[2]丁明亮，唐前輝.51單片機應(yīng)用設(shè)計與仿真——基于Keil C與Proteus[M]北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009：90-96

[3]寧成軍，張江霞.基于Proteus和Keil C接口的單片機外圍電路仿真[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2006，29（18）：142-143