Protues在单片机系统设计中的应用

由于微电子技术的迅猛发展，单片机在汽车、通信、办公自动化、工业控制、高级玩具、家用电器等方面都得到了广泛的应用。单片机作为嵌入式系统的核心器件，其系统设计包括硬件电路设计和程序设计2个方面，调试过程一般分为软件调试、硬件测试、系统调试3个过程。软件调试一般比较容易进行，但如果要进行硬件电路测试和系统调试则比较麻烦，因为要进行这2个过程必须在电路板制作完成、元器件焊接完毕之后进行，而且电路板的制作、元器件的安装、焊接费时费力。如果采用作为单片机系统仿真软件Proteus，则不用制作具体的电路板也能够完成以上工作。毫无疑问，在使用Proteus进行系统虚拟开发成功之后再进行实际制作，必然可以提高开发效率、降低开发成本、提高开发速度，而这些因素对于企业来讲是非常重要的。

　　1 Proteus简介

　　Proteus是基于SPICE3F5仿真引擎的混合电路仿真软件，不仅能够仿真模拟、数字电路以及模数混合电路，更具特色的是它能够仿真基于单片机的电子系统。Proteus不但完全支持MCS-51及其派生系列单片机的设计系统，另外也能仿真基于AVR和PIC系列的单片机系统。Proteus的仿真资源Proteus软件可提供的模拟、数字、交(直)流等元器件达30多个元件库，共计数千种。此外，对于元件库中没有的器件，使用者也可依照需要自己创建。软件调试方面，其自身只带汇编编译器，不支持C语言。但可以将它与Keil C51集成开发环境连接，将用汇编和C语言编写的程序编译好之后，可以立即进行软、硬件结合的系统仿真，像使用仿真器一样来调试程序。

　　2 硬件方案设计

　　本设计中以DS18B20为传感器、AT89C51单片机为控制核心组成的多点温度测试系统，如图1所示。

　　DS18B20是美国Dallas公司继DS1820之后推出的增强型单总线数字温度传感器，在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有很大的改进，而且使用方便。采用DS18B20数字温度传感器组成的多点温度测量系统，克服了传统温度测量系统测量精度低、外围硬件电路复杂、可靠性较低等缺点，具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等许多优点，为多点温度的测量带来了极大的方便。

　　2.1 测温部分

　　本部分采用将DS18B20的I/O数据线与89C51单片机P3.3，P3.4，P3.5，P3.6口线相连，用4只DS18B20同时测量4路温度(视实际需要还可扩展通道数)，实现多点温度检测。DS18B20只有3个引脚，其中两根是电源线VDD和GND(本设计中采用外部电源供电方式)，另外一根用作总线DQ，其输出和输入均是数字信号且与TTL电平兼容，因此可以与微处理器直接进行接口。主CPU经过单线接口访问DS18B20的工作流程为：对DS18B20进行初始化→ROM操作命令→存储器操作命令→数据处理。主CPU对ROM操作完毕后即发出控制操作命令，使DS18B20完成温度测量并将测量结果存入高速暂存器中，然后读出此结果。

　　2.2 键盘与显示部分

　　本设计采用独立式键盘和液晶显示。键盘用来设置上限于下限的温度报警;字符液晶用来显示通道号、该通道的温度和所设置的上下限温度。使用液晶显示更加形象，而且抗干扰能力强，便于以后扩展。

2.3 串口通信

　　系统通过串口与上位及通信。可以实时的向上位机传送温度值。实物中通过RS 232总线与计算机连接。接受数据界面由VB编写。

　　图3为虚拟终端接受到的数据窗口仿真。

　　3 软件电路设计

　　单片机编程，开机之初先进行初始化，然后采集温度4路温度信号。通过键盘选择要显示的通道温度并在液晶屏上显示。再判断是否向上位机发送数据，有请求是则发送数据，无请求时则判断数据是否正常，不正常则报警(蜂鸣器鸣叫)。软件通过C语言编程，先在Keil C51集成开发环境下将编好的程序进行编译，调试。调试通过后，用生成的HEX文件在Proteus进行仿真。

　　4 结 语

　　利用Proteus对数字式温度传感器DS18B20构成通用多点温度测量系统进行仿真，仿真结果表明该系统具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、性能稳定等优点，能有效地降低成本，缩短开发周期，具有良好的应用前景。