Proteus軟件調試實現的數字式指針溫度計

　　摘要：本文主要敘述利用Proteus軟件實現的數字式指針溫度計的一種調試方法，采用MCS51單片機作為指針溫度計的數字信號處理器，其中，溫度采集傳感器選用Dallas公司的Ds1820單總線式數字溫度傳感器，該溫度計的溫度值通過四個數碼管顯示，同時還可以通過刻盤指針指示，以下信息供大家參考。
　　
　　本文主要敘述利用Proteus軟件實現的數字式指針溫度計的一種調試方法，采用MCS51單片機作為指針溫度計的數字信號處理器，其中，溫度采集傳感器選用Dallas公司的Ds1820單總線式數字溫度傳感器，該溫度計的溫度值通過四個數碼管顯示，同時還可以通過刻盤指針指示。
　　
　　硬件設計
　　
　　硬件設計包括溫度采集模塊、單片系統及溫度顯示模塊等模塊，其中，刻度盤上指針的控制是設計中的一個重點。在設計數字電路的角位移控制時，一般選用步進電機或伺服電機，選用步進電機時，其步進角固定，同時，對于角位移的控制，會產生控制角度的動作位置不夠的問題;選用伺服電機也就是舵機時，其控制原理是通過MCS51單片機產生脈寬調制（PWM）信號的占空比來改變舵機搖臂旋轉的位置，以達到控制伺服電機的目的，zui后在刻度盤上指示溫度值。
　　
　　系統硬件電路原理圖如圖1所示。　　
　　1.舵機的工作原理
　　
　　系統中指針的驅動由舵機實現，為使指針在刻度盤上的初始指示，文中采用4個獨立按鍵實現指針刻盤上的粗、微調節。
　　
　　舵機是一個簡單的閉環系統，其內部硬件電路、微型電機及減速器封裝在一個部件內，實物圖如圖2所示，輸出軸可在一90°～90°范圍內旋轉到任意角度。
　　
　　舵機包含控制信號線、電源線和地線3根引線，其反饋元件為一個與輸出軸同軸的精密電位器，通過電位器的反饋信號得到舵機輸出軸轉動的位置，然后將相應的電壓值反饋回控制芯片，zui后將反饋的輸出軸位置與控制引線設定的位置進行比較，得到輸出軸位置的偏差，從而驅動微型電機轉動，使輸出軸轉到預定控制的角度。
　　
　　舵機的控制信號為一列PWM波，周期為18～20ms，舵機輸出軸轉動的角度位置與PWM信號占空比呈線性關系，當控制信號的高電平寬度為0.5ms時，舵機輸出軸位置為-90°;當信號高電平寬度為2.5ms時，輸出軸位置為+90°。　　
　　軟件設計
　　
　　單片機軟件的設計包括DSl820的讀寫、模擬PWM輸出、單片機溫度取值、按鍵掃描、數碼管顯示等程序設計。
　　
　　1.DS1820的讀寫
　　
　　DS1820采用單總線協議，能夠實現數據的雙向傳輸，在進行DS1820讀寫操作前應先對DS1820進行復位，同時，必須嚴格遵守DS1820的讀寫時序，盡量精簡中斷程序，以減少對DS1820的讀寫時序的影響，提高溫度采集的準確性。
　　
　　DS1820讀、寫子程序如下：　　
　　2.PWM的輸出
　　
　　利用MCS51單片機的定時器中斷產生PWM信號，TO每產生一次中斷，PWM輸出邏輯電平翻轉一次，PWM控制信號的輸出周期為20ms。
　　
　　定時器中斷服務程序如下：　　
　　其中,int_m為中斷計數的中間變量。
　　
　　3.按鍵掃描程序
　　
　　文中采用4個獨立按鍵完成指針刻度盤上的粗、微調節，按鍵掃描程序如下：　　Proteus軟件調試
　　
　　Proteus軟件可以對常用的單片機進行實時仿真，具有全速、單步、設置斷點等調試功能，可以觀察各個變量、寄存器等當前狀態，同時支持第三方軟件編譯和調試環境。
　　
　　在Proteus軟件中系統的調試界面如圖3所示，其中，邏輯分析儀用于測量等當前狀態，同時支持第三方軟件編譯和調試環境。　　
　　在Proteus軟件中系統的調試界面如圖3所示，其中，邏輯分析儀用于測量單片機產生的PWM信號，其中通道A3為測量PWM信號的基準，通道A5為單片機產生的PWM信號：示波器用于觀察產生的PWM信號。
　　
　　在Proteus6.9軟件中調試的某一調試狀態的界面圖如圖4所示，系統27℃、43.1℃時指針刻盤的顯示效果圖分別如圖5、圖6所示。