單片機溫度采集電路的設計與虛擬仿真

0 引言

　　在工業生產中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關量都是常用的主要被控參數。其中，溫度控制也越來越重要。在工業生產的很多領域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應爐和鍋爐中的溫度進行檢測和控制。采用單片機對溫度進行控制不僅具有控制方便、簡單和靈活性大等優點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術指標，從而大大提高產品的質量和數量。因此，單片機對溫度的控制問題是工業生產中經常會遇到的控制問題。

　　目前應用的溫度檢測系統大多采用由模擬溫度傳感器、多路模擬開關、A／D轉換器及單片機等組成的傳輸系統。這種溫度采集系統需要大量的測溫電纜，才能把現場傳感器的信號送到采集卡上．安裝和拆卸繁雜，成本也高。同時線路上傳送的是模擬信號，易受干擾和損耗，測量誤差也比較大，不利于控制者根據溫度變化及時做出決定。針對這種情況，本文提出一種采用數字化單總線技術的溫度采集系統，并利用Proteus和KeilμVision 3軟件對設計電路進行綜合虛擬仿真，實現了溫度實時測量和顯示。

　　1 方案論證

　　1．1 DS18B20簡介

　　DS18B20是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種數字化單總線器件，屬于新一代適配微處理器的改進型智能溫度傳感器。與傳統的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據實際要求通過簡單的編程實現9～12位的數字值讀數方式。可以分別在93．75 ms和750 ms內完成9位和12位的數字量，并且從DS18B20讀出的信息或寫入DS18B20的信息僅需要一根口線(單線接口)讀寫，溫度變換功率來源于數據總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源。因而使用DS18B20可使系統結構更趨簡單，可靠性更高。同時其“一線總線”獨特而且經濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網絡，為測量系統的構建引入了全新的概念。DS18B20“一線總線”數字化溫度傳感器支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為-55℃～125℃，在-10～+85℃范圍內，精度為±0．5℃。現場溫度直接以“一線總線”的數字方式傳輸，用符號擴展的16位數字量方式串行輸出，大大提高了系統的抗干擾性。因此，數字化單總線器件DS18B20適合于惡劣環境的現場溫度測量，如：環境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產品等。它在測溫精度、轉換時間、傳輸距離、分辨率等方面都有了很大的改進，給用戶帶來了更方便和更令人滿意的效果。可廣泛用于工業、民用、軍事等領域的溫度測量及控制儀器、測控系統和大型設備中。

　　1．2 Proteus和KeilμVision 3簡介

　　Proteus是英國Labeenter electronics公司研發的EDA工具軟件。Proteus不僅是模擬電路、數字電路、模／數混合電路的設計與仿真平臺，更是目前世界最先進、最完整的多種型號微控制器系統的設計與仿真平臺。它真正實現了在計算機上完成從原理圖設計、電路分析與仿真、單片機代碼級調試與仿真、系統測試與功能驗證到形成PCB的完整電子設計與研發過程。Proteus產品系列也包含了革命性的VSM技術，可以對基于微控制器的設計連同所有的外圍電子器件一起仿真。

　　KeilμVision 2是Keil公司關于8051系列MCU的開發工具，可以用來編譯C源碼、匯編源程序、連接和重定位目標文件和庫文件、創建HEX文件、調試目標程序等，是一種集成化的文件管理編譯環境。它集成了文件編輯處理、編譯連接、項目管理、窗口、工具引用和軟件仿真調試等多種功能，是相當強大的開發工具。

　　1．3 Proteus與Keil的連接設置

　　(1)檢測TCP／IP。

　　(2)復制Proteus安裝目錄下的MODELS文件夾里的vdm51．dll到keilc／C51／bin目錄。

　　(3)修改Keil安裝目錄下的tools．ini，添加TDRV4=BIN＼VDM51．DLL。

　　(4)在Proteus中畫好原理圖，在“Debug”菜單中選擇“Use Remote Debug Monitor”。

　　(5)在Keil中打開一個工程，右擊Target1，選擇Op-tions for Target‘Target 1’。在打開的對話框中選擇“De-bug”選項卡，選擇使用Proteus VSM Emulator仿真(如圖1所示)，單擊“Ok”完成Debug設置。

　　這樣Proteus和Keil就連接好了，仿真結果可以在Pro-teus或者Keil中看到。

　　2 電路仿真

　　該電路系統采用“一線總線”數字傳感器DS18B20實現溫度的采集，采用LM016L液晶顯示器進行數據顯示。首先啟動Proteus并從Proteus元件庫中選擇需要的元件繪制電路圖并設置相應元件的參數值，接口電路原理圖如圖2所示。

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　電路繪制完成以后，打開KeilμVision 2新建一個項目，命名為cewen．uv2。選擇Project菜單下的Select Device forTarget選擇AT89C51。然后單擊Project菜單下的Optionfor Target‘Target1’項，選擇Debug，使用Proteus VSM Em-ulator仿真。然后新建一個源文件cewen．c，寫入源程序(只給出讀取溫度函數)：

　　最后將該源程序文件加入到當前工程項目中進行編譯，編譯通過后單擊Debug菜單下的Start／Stop Debug Ses-sion，這時切換至Proteus界面會發現電路已經啟動仿真，并可以看到仿真結果。圖3，圖4分別是對溫度傳感器進行示波器顯示的接口電路和顯示結果。

　　3 結論

　　本文設計了一種新的溫度采集系統，該系統能通過擴展對多點溫度進行實時巡檢，各個測試模塊能各自實現自己的功能。同時采用Proteus和Keil結合仿真的方法對設計的單片機測溫系統進行了虛擬仿真和性能檢測，得到了比較好的仿真結果和分析結果。結果證明采用Proteus和Keil結合仿真的可以大大簡化硬件電路的設計過程，可以降低單片機系統的開發成本、提高效率和開發速度，具有很好的實際應用和指導意義。