基于Proteus的溫控報(bào)警器設(shè)計(jì)

宋東亞，黃家福

（鄭州華信學(xué)院 河南 鄭州 451150）

Proteus軟件是由英國(guó)Lab Center Elec-tronics公司開發(fā)的最新版本EDA工具軟件，它集電路設(shè)計(jì)、制版及仿真等多種功能于一身，是目前世界上最先進(jìn)、最完整的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)。它是一種可視化的支持多種型號(hào)單片機(jī)（如 51、PIC、AVR、Motorola hcll等）， 并且支持與當(dāng)前流行的單片機(jī)開發(fā)環(huán)境（Keil、MPLAB、IAR）連接調(diào)試的軟硬件仿真系統(tǒng)。針對(duì)微控制系統(tǒng)與外設(shè)的混合電路的電路仿真、軟件仿真、系統(tǒng)協(xié)同仿真，做到了一體化和互動(dòng)效果[1]。

Proteus包含以下應(yīng)用軟件:

ISIS———智能原理圖輸入系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真的基本平臺(tái)。

lARES———高級(jí)PCB布線編輯軟件。

在Proteus中，從原理圖設(shè)計(jì)、單片機(jī)編程、系統(tǒng)仿真到PCB設(shè)計(jì)一氣呵成。真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。使用Proteus可以直觀的看到設(shè)計(jì)效果，可以縮短開發(fā)周期[2]。

KeilμVision3是單片機(jī)源程序設(shè)計(jì)與編譯軟件，它支持匯編與C語言，能夠?qū)Τ绦蜻M(jìn)行調(diào)試并轉(zhuǎn)換成其他形式的文件[3]。

本文在Proteus ISIS平臺(tái)上設(shè)計(jì)一個(gè)能夠檢測(cè)溫度變化并顯示實(shí)時(shí)顯示溫度，在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)報(bào)警的溫控報(bào)警器，可廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活中需要溫度控制的場(chǎng)合。溫度報(bào)警的范圍可通過程序修改。

1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

溫控報(bào)警器硬件電路主要由AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)、ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成的溫度采集模塊、四位LED顯示單元構(gòu)成的顯示電路、報(bào)警電路構(gòu)成。硬件電路的組成如圖1所示。

下面具體分析各部分電路的設(shè)計(jì)原理：

1）單片機(jī)最小系統(tǒng) 包括AT89C51單片機(jī)一塊，時(shí)鐘電路（12 MHz晶振）、復(fù)位電路（上電復(fù)位）。

2）溫度采集模塊 包括ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片一塊，用可變電阻模擬電壓變化，在實(shí)際應(yīng)用中可采用溫度傳感器來替代。通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將采集到電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，使用通道0輸入電壓信號(hào)，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)通過P1口輸入到單片機(jī)內(nèi)部。

3）顯示電路 包括四位共陰LED數(shù)碼顯示管，采用動(dòng)態(tài)顯示方式，由P0口輸出段碼，P2口的P2.0-P2.3輸出位碼。該部分電路主要用于實(shí)時(shí)顯示環(huán)境溫度。

4）報(bào)警電路 包括揚(yáng)聲器和兩個(gè)發(fā)光二極管，揚(yáng)聲器在溫度超出范圍時(shí)發(fā)出聲音報(bào)警，發(fā)光二極管隨之發(fā)光報(bào)警。兩個(gè)發(fā)光二極管分別用于溫度高出范圍和低于范圍時(shí)報(bào)警，揚(yáng)聲器也會(huì)發(fā)出兩種不同音調(diào)的聲音。

圖1 溫控報(bào)警器硬件電路圖Fig.1 Diagram of hardware circuit

硬件電路在Proteus軟件環(huán)境下完成原理圖的設(shè)計(jì)，主要元器件清單如下：四位共陰LED數(shù)碼管7SEG-M PX4-CC-BLUE，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0808，單片機(jī)AT89C51，電容CAP，極性電容CAP-ELEC，晶振CRYSTAL，黃色發(fā)光二極管LED-YELLOW，可變電阻 POT-HG，電阻 RES，排阻RESPACK-8，揚(yáng)聲器SOUNDER。在環(huán)境溫度小于60度和高于160度時(shí)報(bào)警。

2 軟件程序設(shè)計(jì)

溫控報(bào)警器的主要功能由程序控制，本設(shè)計(jì)采用C語言完成程序的設(shè)計(jì)，在KeilμVision3軟件中完成調(diào)試。程序主要包含主程序、顯示子程序、定時(shí)器中斷程序等3部分。

2.1 主程序設(shè)計(jì)

主程序完成的主要內(nèi)容有：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器參數(shù)設(shè)置、啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換、讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果、根據(jù)讀取內(nèi)容判斷是否報(bào)警等。主程序流程圖如圖2所示。

2.2 顯示子程序

顯示子程序主要用于顯示溫度，可以直觀的察看溫度。采用動(dòng)態(tài)顯示方式，P0口輸出段碼，P2口輸出位碼。下面給出部分代碼[4]：

圖2 主程序流程圖Fig.2 Flow chart of main program

Void show_temperature（）

{

Uchar i，dsy_idx[]={0xf7，0xfb，0xfd}

For （i=0；I<3；i++）

{p0=dsy_code[temperature[i]]；

p2=&=dsy_idx[i]

delayms（5）；

p2|=0x0f；

}

}

2.3 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷程序

該部分包含兩部分，T0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷主要用于為ADC0808提供時(shí)鐘信號(hào)，T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)實(shí)現(xiàn)不同頻率脈沖信號(hào)的輸出，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。該部分代碼不再給出。

3 調(diào)試與運(yùn)行

在Proteus和Keil中進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置，可以讓兩者進(jìn)行聯(lián)調(diào)，聯(lián)調(diào)可以在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，也可以在不同的計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行[5]。通過Proteus與Keil的聯(lián)調(diào)可以輕易做到在不使用硬件的前提下直接在仿真平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，對(duì)于系統(tǒng)的調(diào)試具有很大意義[5]。

在硬件電路檢查無誤和程序編譯無誤之后，系統(tǒng)即可運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)初始狀態(tài)為顯示器顯示溫度為145，調(diào)可變電阻使電阻值發(fā)生變化，使顯示溫度低于60℃，可以觀察到低發(fā)光二極管發(fā)光，揚(yáng)聲器報(bào)警；繼續(xù)調(diào)可變電阻使顯示溫度高于160℃，可以觀察到高發(fā)光二極管發(fā)光，揚(yáng)聲器以另外一種頻率聲音報(bào)警。如果需要調(diào)整報(bào)警溫度范圍，可以通過修改主程序中的溫度上限和下限值來實(shí)現(xiàn)[6]。

4 結(jié)束語

文中給出了基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易溫控報(bào)警器的設(shè)計(jì)過程。在該設(shè)計(jì)中采用可變電阻代替溫度傳感器，可添加DS18B20溫度傳感器來檢測(cè)實(shí)際溫度，利用ADC0808和單片機(jī)完成數(shù)據(jù)分析，實(shí)時(shí)顯示，報(bào)警，實(shí)現(xiàn)溫度高于上限和低于下限時(shí)報(bào)警的基本功能，還可通過修改程序改變報(bào)警現(xiàn)象。

設(shè)計(jì)過程中利用Proteus與Keil軟件的完美結(jié)合，使本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)和調(diào)試過程更加方便快捷，提高了設(shè)計(jì)的一次成功率，節(jié)約了設(shè)計(jì)成本，縮小了設(shè)計(jì)周期。該設(shè)計(jì)的電路及驅(qū)動(dòng)程序?qū)ο鄳?yīng)的實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)具有一定的借鑒作用。

[1]朱清慧，張鳳蕊，翟天嵩.Proteus教程-電子線路設(shè)計(jì)、制版與仿真[M].北京:清華大學(xué)出版社，2008.

[2]朱清慧，王志奎.Proteus在LED點(diǎn)陣滾動(dòng)顯示屏設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].液晶與顯示，2009，4（24）:233-237.ZHU Qing-hui，WANG Zhi-kui.Proteus in LED dot matrix rolling display design in the application of[J].Liquid Crystal Display，2009，4（24）:233-237.

[3]周潤(rùn)景，張麗娜.基于PROTEUS的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2006.

[4]彭偉.單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)100例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[5]徐愛鈞，彭秀華.Keil Cx51 V7.0單片機(jī)高級(jí)語言編程與μVision 2應(yīng)用實(shí)踐[M].北京:電子工業(yè)出版社，2004.

[6]吳文忠.基于Proteus的自動(dòng)撥號(hào)報(bào)警器仿真設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（10）:55-58.WU Wen-zhong.Proteus based automatic dialing alarm system design and simul ation of[J].Modern Electronic Technique，2011，34 （10）:55-58.