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1、基于proteus仿真的多温度自动检测系统作者姓名： 专业名称：电子信息科学与技术指导教师： 摘要在工、农业生产和日常生活中，对温度的测量及控制占据着极其重要地位。在消防电气的非破坏性温度检测，电力、电讯设备之过热故障预知检测，空调系统的温度检测，各类运输工具之组件的过热检测，保全与监视系统之应用，医疗与健诊的温度测试，化工、机械等设备温度过热检测，温度检测系统都应用的十分广泛。本文设计的多通道温度检测系统是通过proteus仿真，利用单片机AT89C51单片机作控制器,采用数字式传感器DS18B20进行温度测量,实现多地点的温度实时检测并通过LED显示器件显示温度的功能,能方便地应用于各种温
2、度检测场合。本设计采用DS18B20和AT89C51单片机研制了一种温度巡回检测系统。关键词： 单片机 AT89C51 DS18B20 温度 Abstract In the industrial and agricultural production and daily life, the right temperature measurement and control occupy a very important position. In the fire temperature detection non-destructive electrical, power, telecommu
3、nication equipment failures to predict overheating detection, air-conditioning system, temperature measurement, all kinds of means of transport of the components overheating detection, security and surveillance system applications, the temperature of medical and health consultation testing, chemical
4、, and mechanical equipment such as temperature overheat . detection, temperature detection systems have a wide range of applications.This design of multi-channel temperature measurement system is through proteus simulation, using microcontroller AT89C51 microcomputer as the controller, using digital
5、 sensor DS18B20 for temperature measurement, the temperature of multi-location real-time detection and through LED display device displays the temperature function can be easily used in various temperature detection occasions. This design uses DS18B20 and AT89C51 microcontroller developed a temperat
6、ure circuit detection system.Key words: SCM AT89C51 DS18B20 Temperature目录摘要IAbstractII目录III前言11 设计要求及方案21.1多路温度自动检测系统技术指标21.2 温度检测系统的原理功能21.3 温度检测方案22 单片机的基础知识42.1 概述42.1.1单片机的发展史42.1.2单片机的应用52.2单片机基本结构、引脚功能、I/O口62.2.1 单片机的基本结构62.2.2单片机外部引脚功能和I/O（P0、P1、P2、P3）83 所用器件介绍113.1 温度传感器 （DS18B20）113.1.1 传感器
7、的选择113.1.2 DS18B20(温度传感器)113.2 74HC595123.2.1 74HC595引脚说明133.2.2 74HC595 功能表、注释133.3 LED显示器143.3.1 LED 的优点143.3.2 LED工作方式154 仿真软件proteus184.1 Proteus软件简介185 硬件设计195.1 系统电路结构195.2 单片机最小系统195.3 温度采集传感电路215.4 温度显示电路235.5 温度显示通道号电路246 系统软件设计256.1 系统程序总设计256.2 温度检测子程序设计267 系统仿真及结果277.1 Proteus原理图设计277.2
8、Keil与Proteus联机仿真277.3 protel原理图及PCB版28总结29致谢30参考文献31附件1 PCB图32 前言温度的测量在工业、农业、国防等行业有着广泛的应用。在日常生活中也很常见。在科研和生产中，常要对某些系统进行温度的监测，目前已有的实现温控的方法有很多，如油浴恒温法、比例式、积分式及其组合的调节方法等，用单片机实现系统温度的自动测控，能很方便的知道系统的温度，提高整个系统的灵活性和可靠性，而且精度高，方法便于实现。有很多方法实现温度的自动检测。传统的常规温度知道检测因其明显的缺点已被淘汰；本文设计的多路温度自动检测系统是利用单片机AT89C51作控制器，采用数字式传感
9、器DS18B20进行多路温度的测量，实现多地点的多温度实时检测，并通过LED数码显示管进行多路温度自动循环显示。并通过Proteus软件进行仿真最终实现系统的功能。通过数字传感器DS18B20能够直接把所测的温度转化位数字信号直接送个单片机处理，这样简化了电路，并且DS18B20可用数据线供点使得在比较不容易测的地方很方便的测量温度。本文分别介绍了单片机温度测量系统的总体方案，单片机的基础知识，并给出了所用器件如DS18B20相关的信息，以及系统的工作原理和软硬件设计的思路和程序调试的结果，最后对课题内容成果进行了深入的总结。1 设计要求及方案温度检测系统是比较常见和典型的过程监控系统。温度是
10、工业生产过程中重要的被控参数之一，冶金、机械、食品、化工等各类工业生产过程中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉，对工件的处理均需要对温度严格控制。当今计算机控制技术在这方面的应用，已使温度控制系统达到自动化、智能化，能够随时监控多方温度信息，使生产、生活得到安全的保障。1.1多路温度自动检测系统技术指标根据系统需求，系统需要提供的技术指标如下：1：工作温度范围： 2：分比率： 3：测量温度的范围： 4：工作电压： 1.2 温度检测系统的原理功能当温度检测系统开始工作后，传感器所测环境或者元件的温度高低，并将热信号变为相应的电信号传递到微机，微机将收到的电信号处理并同时显示到显示器上，通过显
11、示器循环地显示各个不同的测量地的温度。1.3 温度检测方案课题主要任务是完成环境温度检测，利用单片机实现温度调节并通过计算机实施温度监控。设计后的系统具有操作方便，控制灵活等优点。本设计系统包括温度传感器DS18B20、数据处理单片机、温度循环显示模块等。文章对每个部分功能、实现过程作了介绍。整个系统的核心是进行温度监控，完成课题要求。单片机8路温度传感器温度显示显示第几路温度图1 多温度自动检测系统电路框图：2 单片机的基础知识2.1 概述单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）简称单片机。它把组成微型计算机的各功能部件：中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只
12、读存储器ROM、可编程存储器EPROM、并行及串行输入输出I/O接口电路、定时器/计数器、中断控制器等部件集成在一块半导体芯片上，构成一个完整的微型计算机。随着大规模集成电路技术的发展，单片机内还可包含A/D、D/A转换器、高速输入/输出部件、DMA通道、浮点运算等新的特殊功能部件。由于它的结构和指令功能都是按工业控制要求设计的，特别适合于工业控制及与控制有关的数据处理场合，因而目前应确切称其为微控制器。单片机的称谓只是保留了其习惯称呼。2.1.1单片机的发展史单片机出现的历史并不长，但发展十分迅速。它的产生与发展和微处理器的产生与发展大体同步，自1971年美国Intel公司首先推出4位微处理
13、器以来，它的发展到目前为止大致分为5个阶段：第1阶段（19711976）：单片机发展的初级阶段。1971年11月Intel公司首先设计出集成度为2000只晶体管/片的4位微处理器Intel4004，并配有RAM、ROM和移动寄存器，构成了第一台MCS-4微处理器，而后又推出了8位微处理器Intel8008，以及其它各公司相继推出的8位微处理器。第2阶段（19761980）：低性能单片机阶段。以1976年Intel公司推出的MCS-48系列为代表，采用将8位CPU、8位并行I/O接口、8位定时/计数器、RAM和ROM等集成于一块半导体芯片上的单片结构，虽然其寻址范围有限，也没有串行输入输出口，中
14、断系统也较简单，但功能可满足一般工业控制和智能化仪器的需要。第3阶段（19801983）：高性能单片机阶段。这一阶段推出的高性能8位单片机普遍带有串行口，有多级中断处理系统，多个16位定时器/计数器。片内RAM、ROM的容量加大，且寻址范围可达64KB，个别片内还带有A/D转换接口。第4阶段（198380年代末）：16位电瓶夹阶段。1983年Intel公司又推出了高性能的16位单片机MCS-96系列，由于其采用了最新的制作工艺，使芯片集成度高达12万只晶体管/片。第5阶段（90年代）：单片机在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等全方位想更高水平发展。2.1.2单片机的应用由于单片机具有体积小
15、、重量轻、价格便宜、功耗低、控制功能强及运算速度快等特点，因而在国民经济建设、军事及家用电器等各个领域均得到了广泛的应用。按其单片机的特点，其应用可分为单机应用与多机应用。1. 单机应用在一个应用系统中，只使用1片单片机成为单机应用，这是目前应用最多的一种方式。单片机应用的主要领域有：（1）测控系统。用单片机可以构成各种不太复杂的工业控制系统、自适应控制系统、数据采集系统等，达到测量与控制的目的。（2）智能仪器。用单片机改造原有的测量、控制仪表，促进仪表向数字化、智能化、多样化、综合化方向发展。（3）机电一体化产品。单片机与系统的机械产品相结合，使传统机械产品结构简化，控制智能化。（4）智能接
16、口。在计算机控制系统，特别是在较大型工业测控系统中，用单片机进行接口的控制与管理，加之单片机与主机的并行工作，大大提高了系统的运行速度。（5）智能民用产品。如在家用电器、玩具、游戏机等许多产品中，单片机控制器的引入，不仅使产品的功能大大增加，性能得到提高，而且获得了良好的实用效果。2. 多机应用单片机的多机应用系统可分为功能集散系统、并行多机处理及局部网络系统。（1）功能集散系统。多功能集散系统是为了满足工程系统多种外围功能要求而设置的多机系统。（2）并行多机控制系统。并行多机控制系统主要解决工程应用系统的快速性问题，以便构成大型实时工程应用系统。（3）局部网络系统。单片机网络系统的出现，使单
17、片机应用进入了一个新的领域。综上所述，目前单片机已用于工业控制、机电一体化设备、仪器仪表、信号处理、现代兵器、商用设备、医疗设备及家用电器等各个领域，随着单片机性能的不断提高，它的应用将会更加广泛。2.2单片机基本结构、引脚功能、I/O口2.2.1 单片机的基本结构就MCS-51系列单片机来说可分为两大系列：MCS-51子系列与MCS-52子系列。MCS-51子系列种主要有8031、8051、8751三种类型。而MCS-52子系列也有3种类型8032、8052、8752。各子系列配置见表2.1所示。表2.1 MCS-51系列单片机配置一览表表2.1列出了MCS-51系列单片机的两个字系列，在4
18、个性能上略有差异。由此可见，在本字系列内各类芯片的主要区别在于片内有无ROM或EPROM；MCS-51与MCS-52字系列间所不同的是片内程序存储器ROM从4KB增至8KB；片内数据存储器由128个字节增至256个字节；定时器/计数器增加了一个；中断源增加了12个。另外，对于制造工艺为CHMOS的单片机，由于采用CMOS技术制造，因此具有低功耗的特点，如8051功耗约为630mW，而80C51的功耗只有12mW。图2.1 MCS-51系列单片机内部结构框图MCS-51单片机的内部结构框图如图2.1所示。MCS-51单片机由8大部分组成的，这8大部分是：一个8位中央处理器CPU。它由运算部件、控
19、制部件构成，其中包括振荡电路和时钟电路，其主要完成单片机的运算和控制功能。它是单片机的核心部件，决定了单片机的主要功能特性。128个字节的片内数据存储器RAM。其片外数据存储器的寻址范围为64KB，用于存放可读写的数据，如运算的中间结果或最终结果等。4KB的片内程序只读存储器ROM或EPROM。其片外可寻址范围为64KB，主要用于存放已编制的程序，也可以存放一些原始数据和表格。18个特殊功能寄存器SFR。它用于控制和管理片内算术逻辑部件、并行I/O口、串行I/O口、定时器/计数器、中断系统等功能模块的工作。4个8位并行输入输出I/O接口:P0口、P1口、P2口、P3口，用于并行输入或输出数据。
20、1个串行I/O接口。它可使数据1位1位串行地在计算机与外设之间传递，可用软件设置为4种工作方式，用于多处理机通讯、I/O扩展或全双工通用异步接收器。2个16位定时器/计数器。它可以设置为计数方式对外部事件进行计数，也可以设置为定时方式进行定时。1个具有5个中断源，可编程为2个优先级的中断系统。它可以接收外部中断申请、定时器/计数器中断申请和串行口中断申请。2.2.2单片机外部引脚功能和I/O（P0、P1、P2、P3）图2.2 MCS-51系列单片机引脚图MCS-51系列单片机芯片均为40个引脚，HMOS工艺制造的芯片采用双列直插式封装，其引脚示意及功能分类如图2.2所示。CMOS工艺制造的低功
21、耗芯片也有采用封装的，但为44个引脚，其中4个引脚是不使用的。MCS-51系列单片机的40个引脚中有2个专用于主电源的引脚，2个外接晶体的引脚，4个控制或与其它电源复用的引脚，以及32条输入输出I/O引脚。下面按引脚功能分为4个部分叙述各引脚的功能。1.源引脚Vcc和VssVcc（40脚）：接5V电源正端；Vss（20脚）：接5V电源地端。2.晶体引脚XTAL1和XTAL2XTAL1(19引脚)：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚接地；对于CHMOS单片机，该引脚作为外部震荡信号的输入端。XT
22、AL2(18引脚)：接外部晶体的另一端。在单片机的内部，接至片内振荡器的反相放大器的输入端。当采用外部时钟时，对于HMOS单片机该引脚作为外部震荡信号的输入端；对于CHMOS芯片，该引脚是悬空不接。3.控制信号或与其它电源复用引脚控制信号或与其它电源复用引脚有RST/VPD、ALE/、和/VPP等4种形式。（1）RST/VPD（9引脚）：RST既为RESET，VPD为备用电源，所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作。当Vcc发生故障、降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源VPD为内部供电，以保证RAM中的
23、数据不丢失。（2）ALE/ (30引脚)：当访问外部存储器时，ALE以每机器周期两次的信号输出，用于锁存出现在P0口的低8位地址。在不访问外部存储器时，ALE端仍以上述不变的频率，周期性地出现正脉冲信号，可作为对外输出的时钟脉冲或用于定时目的。（3）(29引脚)：片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。当从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期PSEN两次有效，以通过数据总线口读回指令或常数。当访问外部数据存储器期间，PSEN信号将不出现。（4）/VPP(31引脚)：为访问外部程序存储器控制信号，低电平有效。当端保持高电平时，单片机访问片内程序存储器4KB。若超出该范围时，自动转去
24、执行外部程序存储器的程序。当端保持低电平时，无论片内有无程序存储器，均只访问外部程序存储器。对于片内含有EPROM的单片机，在EPROM编程期间，该引脚用于接21V放入编程电源VPP。4.输入/输出引脚P0口、P1口、P2口及P3 口（1）P0口（3932引脚）：P0.0P0.7为P0口。当不接外部存储器与不扩展I/O接口时，它可作为准双向口8为输入/输出接口。当接有外部存储器或扩展I/O口时，P0口为地址/数据分时复用口。 对于片内含有EPROM的单片机，当EPROM编程时，从P0口端输入指令字节，而当检验程序时，则输出指令字节。（2）P1口（18引脚）：P1.0P1.7统称为P1口，可作为
25、准双向I/O接口使用。对于MCS-52子系列单片机，P1.0与P1.1还有第2功能：P1.0可用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2；P1.1用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。对EPROM编程和进行程序验证时，P2口接收输入的高8位地址。（3）P2口（2128引脚）：P2.0P2.7统称为P2口，一般可作为准双向I/O接口。当接有外部存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256个字节时，P2口用于高8位地址总线送出高8位地址。（4）P3口（1017引脚）：P3.0P3.7统称为P3口。它为双功能口，可以作为一般的准双向I/O接口，也可以将每一位用于第2功能，而且P3口的每一条引脚均可以
26、独立定义为第1功能的输入输出或第2功能。综上所述，MCS-51系列单片机的引脚作用可归纳以下两点：（1）单片机功能多，引脚数少，因而许多引脚都具有第2功能；（2）单片机对外呈3总线形式，由P2、P0口组成16位地址总线；由P0口分时复用作为数据总线；由ALE、RST、与P3口中的、T0、T1、共10个引脚组成控制总线。由于是16位地址线，因此，可使外部存储器的寻址范围达到64KB。 3 所用器件介绍3.1 温度传感器 （DS18B20）3.1.1 传感器的选择现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理选用传感器，是在进行某个量时首先要解决的问题。当传感器
27、确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也可以确定了，测量结果的成败在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。常用的温度检测元件主要有热电偶、热电阻、热敏电阻等。热电偶主要是利用两种不同金属的热电效应，产生接触电势随温度变化而变化，从而达到测温的目的；热电阻是利用金属的电阻率随温度变化而变化的特性，将温度量转化成电阻量，其优点是准确度高、稳定性高，性能可靠、热惯性小、复现性好、价格适中；热敏电阻由金属氧化物或半导体材料制成，灵敏度高、热惰性小、寿命长、价格便宜，但其测量的稳定性和测量精度均不够好，而且线性度差，需要进行查表线性拟合，大大浪费控制器的资源，一般不被选用。3.1.2 DS18B20(
28、温度传感器)DS18B20为单线数字温度传感器，是由Dallas半导体公司生产设计的世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。一线总线独特而且经济的特点，是用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。它独特的一线接口，只需要一条口线通信、多点能力，简化了分布式温度传感器应用，无需外部元件，可用数据总线供电，电压范围3.0V5.5V无需备用电源。测量温度范围-55- +125。范围内精度0.5。图为DS18B20封装和引脚描述该DS18B20的数字温度计提供9至12位可编程设备温度读数。信息
29、被发送到/从DS18B20 通过1线接口，所以中央微处理器与DS18B20只有一个一条口线连接。为读写以及温度转换可以从数据线本身获得能量，不需要外接电源。 因为每一个DS18B20的包含一个独特的序号，多个ds18b20s可以同时存在于一条总线。这使得温度传感器放置在许多不同的地方。它的用途很多，包括空调环境控制，感测建筑物内温设备或机器，并进行过程监测和控制。以9位数字值方式读出温度，在1秒内把温度转换为数字并输出给单片机处理，用户还可以定义，非易失性的温度告警设置，告警收索命令识别和寻址温度在编定的极限之外的器件。3.2 74HC595 74HC595是硅结构的CMOS器件，兼容低电压T
30、TL电路，遵守JEDEC标准。它具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。移位寄存器和存储器是分别的时钟。数据在SCHcp的上升沿输入，在STcp的上升沿进入的存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。移位寄存器由一个串行移位输入（Ds），和一个串行输出（Q7），和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总输出，当使能OE时，存储寄存器的数据输出到总线。74HC595具有8位串行输入/8位串行或并行输出，存储状态寄存器，三种状态输出寄存器可以直接清除100MHz的移位平率等特点。3.2.1 74HC595引脚说明74HC595引脚如图
31、：VCC 16 电源GND 8 地MR 10 主复位（低电平）SHCP 11 移位寄存器时钟输入STCP 12 存储寄存器时钟输入OE 13 输出有效（低电平）DS 14 串行数据输入Q0Q7 并行数据输出3.2.2 74HC595 功能表、注释下图为74HC595功能表 注释：H=高电平状态L=低电平状态=上升沿=下降沿Z=高阻NC=无变化=无效当MR为高电平，OE为低电平时，数据在SHCP上升沿进入移位寄存器，在STCP上升沿输出到并行端口。3.3 LED显示器 LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一
32、个半导体的晶片，晶片的一端附三丰LED在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但在两种半导体连接起来的时候，他们之间就形成一个“PN结”。当电流通过导线作用于这个晶片的珊瑚，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。3.3.1 LED 的优点LED 的内在特征优点如下决定了它有着广泛的用途。固耐用：LED是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，这些特点使得L
33、ED可以说是不易损坏的。高节能：节能能源无污染即为环保。直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06瓦）电光功率转换接近100%，相同照明效果比传统光源节能80%以上。 寿命长：LED光源有人称它为长寿灯，意为永不熄灭的灯。固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。 多变幻：LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生25625625616777216种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。 利环保：
34、环保效益更佳，光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。 高新尖：与传统光源单调的发光效果相比，LED光源是低压微电子产品，成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等，所以亦是数字信息化产品，是半导体光电器件“高新尖”技术，具有在线编程，无限升级，灵活多变的特点。3.3.2 LED工作方式1.LED静态显示方式LED显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极（或共阴极）连接在一起并接地（或+5V）；每位的段码线（adp）分别与1个8位的锁存器输出相连。之所以称为静态显示，是
35、因为各个LED的显示字符一经确定，相应锁存器锁存的段码输出将维持不变，直到送入另一个字符段码为止。正因为如此，静态显示器的亮度都较高。如图为一个4位静态LED显示电路该电路各位可独立显示，只要在该位的段码线上保持该段码电平，该位就能保持相应的显示字符。由于各位分别由1个8位的数据输出口（例如8255A的A、B、C口）控制段码线，故在同一时间里，每一位显示的字符可以各不相同。这种显示方式接口编程容易，付出的代价是占用的口线较多。若用I/O口线接口，则要占用4个8位I/O口，若用锁存器接口，则要用4片74LS373芯片。如果显示器的位数增多，则需要增加锁存器。因此在显示位数较多的情况下，一般都采用
36、动态显示方式。2.LED动态显示方式 在多位LED显示时，为简化硬件电路，通常将所有位的段码线相应段并联在一起，有1个8位I/O口控制，形成段码线的多路复用，而各位的共阳极或共阴极分别由相应的I/O口控制，形成各位的分时选通。如下图为1个4位8段LED动态显示器电路其中段码线占用1个8位I/O口而位选线占用1个4位I/O口。由于各位的段码线并联，8位I/O口输出的段码对各个显示位都是相同的。因此，在同一时刻，如果各位位选线都处于选通状态的话，4位LED显示相同的字符。若要各位LED能够同时显示出与本位相应的显示字符，而其他各位位选线处于关闭状态，同时，段码线上输出相应位要显示的字符的段码。这样
37、，在同一时刻，4位LED中只有选通的那1位显示出字符，而其他3位则是熄灭的。同样，在下一时刻，只让下一位的位选线处于选通状态，而其他各位的位选线处于关闭状态，在段码线上输出将要显示字符的段码，则同一时刻，只有选通位显示出相应的字符，而其他各位则是熄灭的。如此循环下去，就可以使各位显示出将要显示的字符。虽然这些字符是在不同时刻出现的，而在同一时刻，只有一位显示，其他各位熄灭，但由于LED显示器的余晖和人眼的视觉暂留作用，只要每位显示间隔足够短，则可以造成多位同时亮的假象，达到同时显示的效果。 LED不同位显示的时间间隔应根据实际情况而决定。发光二极管从导通到发光有一定的时延，导通时间太短，则发光
38、太弱，人眼无法看清；但也不能太长，因为要受限于临界闪烁频率，而且此时间越长，占用CPU时间也越多。另外，显示位数增多，也将占用大量的CPU时间，因此动态显示的实质是以牺牲CPU时间来换取器件的减少。4 仿真软件proteus4.1 Proteus软件简介 Proteus软件是英国Labcenter Electronics公司开发的EDA工具软件。最早的版本是1989年推出的。Proteus软件的使用十分广泛。Proteus组合了高级原理布图、混合模式SPICE仿真、PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统。除了其具有和其他EDA工具一样的原理布图、PCB自动或人工布线及电路仿真的功能
39、外，其革命性的功能是：用户可以对基于单片机为核心的系统连同所有的接口器件一起仿真，即用户可以采用如LED/LCD、键盘、RS232终端等动态外设模型来对系统设计进行交互仿真。Proteus软件主要由两个软件组成：Ares和ISIS。Ares主要用于PCB自动或人工布线及其电路仿真，ISIS主要采用原理图的方法绘制电路并进行相应的仿真。Proteus软件主要有以下特点：支持许多通用的单片机，目前最新版支持ARM7/LPC2000的仿真；交互的装置模型包括：LED、LED数码管、LCD、通用键盘等；强大的调试工具，包括寄存器和存储器，断点和单步模式等；可以和Keil uVision2等开发工具接口
40、。Proteus软件有着数量庞大的仿真元件库。Labcenter Electronics公司与其第三方共同开发了6000多个模拟和数字电路中常用的Spice模型以及各种动态元件，基本元件如电阻、电容、各种二极管、三极管、MOS管、555定时器等；在丰富的库元件的支持下，原理布图时只要进行相应的调用和连线，以及对每个元件的属性设置，即可完成绘图，然后能进行功能和性能仿真，以及虚拟测量。Proteus软件的虚拟工具箱提供了电路测试中常用工具和仪器，主要用于在实时仿真的电路参数观测，测量结果随仿真动态变化并显示，可以满足精度要求不是很高的测量分析。虚拟工具主要有示波器、逻辑分析仪、SPI调试工具、串
41、口调试工具、函数发生器、脉冲码型发生器、计数器等。5 硬件设计5.1 系统电路结构 八个独立的DS18B20温度传感器12345678MCS51单片机上拉电阻各 路 温 度 显 示值芯片：74HC595显示第几路的温度值系统电路结构图5.2 单片机最小系统 单片机的时钟信号用来提供单片机内各种微操作的时间基准，这个时钟信号可由单片机内时钟电路产生，可以直接使用外部时钟信号。因此，单片机时钟电路通常有两种形式内部振荡方式和外部振荡方式。 而本文所用的是内部振荡方式。 单片机通常都采用上电复位和开关复位两种方式。复位电路的核心就是如前面所述的必须保证RET引脚上出现10ms以上稳定的高电平，这样就
42、能够实现可靠地复位。下面是单片机复位电路：本文采用的是上电复位电路。单片机最小电路图如下：单片机最小电路图5.3 温度采集传感电路 温度传感器选用DS18B20。DS18B20具有耐磨耐碰，体积小，方便，封装形式多样，使用于各种狭小空间设备数字测温和控制。 1. 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。 2.DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点温度测量。 3.测量温度范围-55+125，固有测温分辨率0.5。 4.工作电源：35V/DC。 温度传感器最简单连接方法是传感器输出直接
43、与微处理器相连，而多个连接的时候最好接上+5V电压，避免因为数量过多，电源电压过低，从而造成信号传输不稳定。连接如图：DS18B20与微处理器连接图 DS18B20温度传感器可将所采集的温度数字信息直接传给单片机处理，因为DS18B20用12位存储温度值，最高位为符号位，负温度S=1，正温度S=0.如： 0550H为+85，0191H为+25.0625，FC90H为-55。图为DS18B20的温度存储方式 8路S18B20传感器与单片机P1口相连图5.4 温度显示电路 温度显示采用LED数码显示管动态显示，显示有5个LED数码显示管共同完成，小数点在LED4上面。第一个LED显示温度的正负由单
44、片机P3.7口直接控制，其余的通过芯片74HC595与单片机相连。如下图。为温度显示电路：温度显示电路图5.5 温度显示通道号电路 温度显示通道号是由一个LED直接显示，它是通过单片机P2口控制，不间断地循环显示8路温度的号码，这样可以明确的知道当前显示的温度是那个地方的温度。这样不容易出错。如下图为显示温度通道图：显示温度通道号图 6 系统软件设计6.1 系统程序总设计 多温度自动检测系统的主程序流程图如下。该流程图的说明如下 在系统启动的同时，系统程序会对系统进行初始化操作，当系统的初始化完成之后，就进入了温度检测，系统会启动温度传感器进行温度的采集、并进行标度变换，然后送显示，当8路温度
45、都显示完后，系统将会延时些许时间进行下一次的温度检测，并显示出来，这样循环显示所采集的温度。温度自动检测的主流程图6.2 温度检测子程序设计对于温度检测每个DS18B20都需要一次检测是否在工作，如果在系统给它一个转换命令，并读出DS18B20检测的温度数。如图为温度检测子程序：7 系统仿真及结果7.1 Proteus原理图设计 将元件在Proteus中找出并全部放好连接好如下图：Proteus原理图7.2 Keil与Proteus联机仿真通过在Keil软件中程序的调试，然后将所调试的单片机hex文件放入Proteus中。这样就可以使用Keil软件仿真单片机程序，而在Proteus软件窗口中查看运行的结果。仿真的结果很好的显示了各路的温度，从18路温度不断循环地显示出来。
