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Proteus軟件調(diào)試實(shí)現(xiàn)的數(shù)字式指針溫度計(jì)

【字體：

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　　本文主要敘述利用Proteus軟件實(shí)現(xiàn)的數(shù)字式指針溫度計(jì)的一種調(diào)試方法，采用MCS51單片機(jī)作為指針溫度計(jì)的數(shù)字信號(hào)處理器，其中，溫度采集傳感器選用Dallas公司的Ds1820單總線式數(shù)字溫度傳感器，該溫度計(jì)的溫度值通過(guò)四個(gè)數(shù)碼管顯示，同時(shí)還可以通過(guò)刻盤(pán)指針指示。

硬件設(shè)計(jì)

　　硬件設(shè)計(jì)包括溫度采集模塊、單片系統(tǒng)及溫度顯示模塊等模塊，其中，刻度盤(pán)上指針的控制是設(shè)計(jì)中的一個(gè)重點(diǎn)。在設(shè)計(jì)數(shù)字電路的角位移控制時(shí)，一般選用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，選用步進(jìn)電機(jī)時(shí)，其步進(jìn)角固定，同時(shí)，對(duì)于角位移的控制，會(huì)產(chǎn)生控制角度的動(dòng)作位置不夠精確的問(wèn)題;選用伺服電機(jī)也就是舵機(jī)時(shí)，其控制原理是通過(guò)MCS51單片機(jī)產(chǎn)生脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)的占空比來(lái)改變舵機(jī)搖臂旋轉(zhuǎn)的位置，以達(dá)到控制伺服電機(jī)的目的，最后在刻度盤(pán)上指示溫度值。

　　系統(tǒng)硬件電路原理圖如圖1所示。

1.舵機(jī)的工作原理

　　系統(tǒng)中指針的驅(qū)動(dòng)由舵機(jī)實(shí)現(xiàn)，為使指針在刻度盤(pán)上的初始指示精確，文中采用4個(gè)獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)指針刻盤(pán)上的粗、微調(diào)節(jié)。

　　舵機(jī)是一個(gè)簡(jiǎn)單的閉環(huán)系統(tǒng)，其內(nèi)部硬件電路、微型電機(jī)及減速器封裝在一個(gè)部件內(nèi)，實(shí)物圖如圖2所示，輸出軸可在一90°～90°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)到任意角度。

　　舵機(jī)包含控制信號(hào)線、電源線和地線3根引線，其反饋元件為一個(gè)與輸出軸同軸的精密電位器，通過(guò)電位器的反饋信號(hào)得到舵機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的位置，然后將相應(yīng)的電壓值反饋回控制芯片，最后將反饋的輸出軸位置與控制引線設(shè)定的位置進(jìn)行比較，得到輸出軸位置的偏差，從而驅(qū)動(dòng)微型電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使輸出軸轉(zhuǎn)到預(yù)定控制的角度。

　　舵機(jī)的控制信號(hào)為一列PWM波，周期為18～20ms，舵機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度位置與PWM信號(hào)占空比呈線性關(guān)系，當(dāng)控制信號(hào)的高電平寬度為0.5ms時(shí)，舵機(jī)輸出軸位置為-90°;當(dāng)信號(hào)高電平寬度為2.5ms時(shí)，輸出軸位置為+90°。

軟件設(shè)計(jì)

　　單片機(jī)軟件的設(shè)計(jì)包括DSl820的讀寫(xiě)、模擬PWM輸出、單片機(jī)溫度取值、按鍵掃描、數(shù)碼管顯示等程序設(shè)計(jì)。

1.DS1820的讀寫(xiě)

　　DS1820采用單總線協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，在進(jìn)行DS1820讀寫(xiě)操作前應(yīng)先對(duì)DS1820進(jìn)行復(fù)位，同時(shí)，必須嚴(yán)格遵守DS1820的讀寫(xiě)時(shí)序，盡量精簡(jiǎn)中斷程序，以減少對(duì)DS1820的讀寫(xiě)時(shí)序的影響，提高溫度采集的準(zhǔn)確性。

　　DS1820讀、寫(xiě)子程序如下：

2.PWM的輸出

　　利用MCS51單片機(jī)的定時(shí)器中斷產(chǎn)生PWM信號(hào)，TO每產(chǎn)生一次中斷，PWM輸出邏輯電平翻轉(zhuǎn)一次，PWM控制信號(hào)的輸出周期為20ms。

　　定時(shí)器中斷服務(wù)程序如下：

　　其中,int_m為中斷計(jì)數(shù)的中間變量。

3.按鍵掃描程序

　　文中采用4個(gè)獨(dú)立按鍵完成指針刻度盤(pán)上的粗、微調(diào)節(jié)，按鍵掃描程序如下：

Proteus軟件調(diào)試

　　Proteus軟件可以對(duì)常用的單片機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，可以觀察各個(gè)變量、寄存器等當(dāng)前狀態(tài)，同時(shí)支持第三方軟件編譯和調(diào)試環(huán)境。

　　在Proteus軟件中系統(tǒng)的調(diào)試界面如圖3所示，其中，邏輯分析儀用于測(cè)量等當(dāng)前狀態(tài)，同時(shí)支持第三方軟件編譯和調(diào)試環(huán)境。

　　在Proteus軟件中系統(tǒng)的調(diào)試界面如圖3所示，其中，邏輯分析儀用于測(cè)量單片機(jī)產(chǎn)生的PWM信號(hào)，其中通道A3為測(cè)量PWM信號(hào)的基準(zhǔn)，通道A5為單片機(jī)產(chǎn)生的PWM信號(hào)：示波器用于觀察產(chǎn)生的PWM信號(hào)。

　　在Proteus 6.9軟件中調(diào)試的某一調(diào)試狀態(tài)的界面圖如圖4所示，系統(tǒng)27℃、43.1℃時(shí)指針刻盤(pán)的顯示效果圖分別如圖5、圖6所示。

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