1 引言
1.1 设计任务与要求
（1）使用AT89C51单片机为核心，使用4位集成式数码管显示当前温度，温度传感器使用DS18B20。
（2）用4位集成式数码管显示当前温度，当温度在-200 ~ 700范围之外时，直流电动机开始旋转。 1.2 实用价值与理论意义
电动机作为电能转换的传动装置被广泛应用于机械、冶金、石油化学、国防等工业部门中，随着对生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械要求能实现自动调速。
在现代工业中，电动机作为电能转换的传动装置被广泛应用于机械、冶金、石油化学、国防等工业部门中，随着对生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械要求能实现自动调速。
数码管温控电机是多种技术知识的结合，不仅涉及到软件的设计，而且还将应用电子技术与单片机的应用技术有机结合，使其具有精度高、测量误差小、稳定性好等特点。电路板的设计技术和机械加工工艺的巧妙结合，使其具备了显示直观、体积做工精细等特点，能为它在其它领域的广泛应用打下良好的基础。因为经过我们调查发现许多应用场合原来就有测温控温仪器，只是随着对生产质量与生产需要的要求在不断地提高，以往的那些测温控温的仪器根本不能满足现在的要求。其中，有部分应用场合对精度提高的幅度要求也不是特别高。因此，为了提高性价比，我所设计的系统提出在原有系统的基础上进行一些简单的改良，以此为出发点，主要阐述的是一种数码管显示的温控电动机的实现方法。现代各种家用电器以及生产机械都广泛应用电动机来驱动，电动机的作用是将电能转换为机械能，但是传统的电动机只是机械的按照其工作原理来工作，需要依靠人手动操作电动机的运行、停止、反向等操作，这样需要消耗大量的人力资源，在操作过程中也有很多不便，有时会因为外界环境和温度的因素使电动机造成不必要的损坏。所以，为了减少这种不必要的损失，在电动机上添加温控装置，可以通过温控装置来监控当前温度，当温度达到要求的温度时，电动机产生相应的操作，
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以达到工程机械或家用电器的功能要求，而添加数码管可以更加直观的监测当前温度。
2 单片机简介
2.1 单片机的定义
单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
2.2 AT89C51单片机简介
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 1.主要特性
AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部
RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 2．AT89C51管脚图
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图2.1 AT89C51管脚图
3 Keil软件和Proteus软件简介
3.1 Keil软件简介
单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种 是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机的爱好者来说是十分必要的，如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选（目前在国内你只能买到该软件、而你买的仿真机也很可能只支持该软件），即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。 3.1.1 Keil软件系统概述
Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。
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Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍Keil C51开发系统各部分功能和使用。
3.1.2 Keil C51单片机软件开发系统的整体结构
C51工具包的整体结构中uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。
使用独立的Keil仿真器时，注意事项：
(1)仿真器标配11.0592MHz的晶振，但用户可以在仿真器上的晶振插孔中换插其他频率的晶振。
(2)仿真器上的复位按钮只复位仿真芯片，不复位目标系统。
(3)仿真芯片的31脚（/EA）已接至高电平，所以仿真时只能使用片内ROM，不能使用片外ROM；但仿真器外引插针中的31脚并不与仿真芯片的31脚相连，故该仿真器仍可插入到扩展有外部ROM（其CPU的/EA引脚接至低电平）的目标系统中使用。 3.2 Proteus软件简介
Proteus 软件是来自英国Labcenter electronics 公司的EDA 工具软件，Proteus 软件有近20年的历史，在全球广泛使用。它除了具有和其它EDA 工具一样的原理布图、PCB自动或人工布线及电路仿真的功能外，其革命性的功能是，它的电路仿真是交互的，可视化的，针对微处理器的应用，还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现软件源码级的实时调试，如有显示及输出，还能看到运行后输入输出的效果，配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等，可以
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测量仿真的波形及记录仿真数据。在不需要硬件设备投入的情况下，Proteus 软件可以建立完整的电子学习设计开发环境，缩短研发周期，并且降低开发成本。 3.2.1 Proteus软件的构成
Proteus组合了高级原理布图、混合模式SPICE仿真,PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统。此系统受益于多年来的持续开发,被《电子世界》在其对PCB设计系统的比较文章中评为最好产品—“The Route to PCB CAD”。Proteus 产品系列也包含了我们革命性的VSM 技术,用户可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真。用户甚至可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、RS232终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。
其功能模块:—个易用而又功能强大的ISIS原理布图工具；PROSPICE混合模型SPICE仿真;ARESPCB设计。
PROSPICE 仿真器的一个扩展PROTEUS VSM:便于包括所有相关的器件的基于微处理器设计的协同仿真。此外，还可以结合微控制器软件使用动态的键盘，开关，按钮，LED甚至LCD显示CPU模型。 3.2.2 Proteus的主要特征
(1)支持许多通用的微控制器，如ARM、PIC、AVR、以及8051。 (2)交互的装置模型包括：LED和LCD显示、RS232终端、通用键盘。 (3)强大的调试工具，包括寄存器和存储器、断点和单步模式。 (4)IAR C-SPY 和Keil uVision2 等开发工具的源层调试。 (5)应用特殊模型的DLL界面-提供有关元件库的全部文件。
4 DS18B20的软件设计
4．1 DS18B20的简介
4.1.1 DS18B20的主要特性
1.适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电 。 2.独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯 。
3. DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。
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4.DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部 传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。
5.温范围－55℃～+125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃。
6.可编程 的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温 。
7.在9位分辨率时最多在 93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快 。
8.测量结果直接输出数字温度信号，以\"一 线总线\"串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。
9.负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁， 但不能正常工作。 4.1.2 DS18B20的外形和内部结构
1. DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM 、温度传感器、非
挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。 2.DS18B20的外形及管脚排列如下图4.1:
图4.1 DS18B20外形及引脚排列图 3.DS18B20引脚定义
(1)DQ为数字信号输入/输出端； (2)GND为电源地；
(3)VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。
DS18B20寄生电源供电方式电路图如下面图4所示，在寄生电源供电方式下，DS18B20从单线信号线上汲取能量：在信号线DQ处于高电平期间把能量储存在内
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部 电容里，在信号线处于低电平期间消耗电容上的电能工作，直到高电平到来再给寄生电源（电容）充电。 独特的寄生电源方式有三个好处： 1）进行远距离测温时，无需本地电源。
2）可以在没有常规电源的条件下读取ROM 。 3）电路更加简洁，仅用一根I/O口实现测温。
要想使DS18B20进行精确的温度转换，I/O线必须保证在温度转换期间提供足够的能量，由 于每个DS18B20在温度转换期间工作电流达到1mA，当几个温度传感器挂在同一根I/O线上进行多点测温时，只靠4.7K上拉电阻就无法提供足够的能量，会造成无法转换温度或温度误差极大。因此，图4电路只适应于单一温度传感器测温情况下使用，不适宜采用电池供电系统中。并且工作电源VCC必须保证在5V，当电源电压下降时，寄生电源能够汲取的能量也降低，会使温度误差变大。
图 4.2 DS18B20寄生电源工作方式（电源从IO口上获得）
图 4.3 DS18B20外接电源工作方式
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中北大学计算机控制技术课程设计说明书 4．2 单片机实现温度转换流程图
单片机实现温度转换读取温度数值程序的流程如图4.4所示 开始 初始化DS18B20 否 应答脉冲 是 发起skip rom的命令 发起Convert T的命令 延时1s等待温度转换完成 初始化DS18B20 否 应答脉冲 是 发起read scratchpad命令 读取第一二字节即为温度数据
图4.4单片机实现温度转换读取温度数值程序的流程图
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5 数码管显示的温控电动机
5.1 设计要求
（1）使用AT89C51单片机为核心，使用4位集成式数码管显示当前温度，温度传感器使用DS18B20。
00（2）用4位集成式数码管显示当前温度，当温度在20C~70C范围之外
时，直流电动机开始旋转。 5.2 设计过程 5.2.1 设计程序及编写
先建立一个新的工程，保存到一个位置，如图5.1所示：
图5.1 新建工程
接下来会弹出如下对话框，选择处理器，这里选择AT89S51或AT89S52。
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图5.2 选择处理器
接下来对话框提示是否把Startup Code加入到工程，选否即可。工程就建立完了。
图5.3 对话框提示
接下来可以新建一个文档用来编辑程序。
图5.4 新建文档
将数码管显示的温控电动机的程序输入到新建文档中，编辑完存为.asm（汇编源文件）或 .h（C语言头文件）或.c（C语言实现文件）即可。
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图5.5 编辑程序
接下来把保存的.asm, .c或.h文件加入到工程里即可。如图5.6所示：
图5.6 将文件加入工程
下面进行工程配置。点击Project菜单下的Options for Target ‘Target 1’。 在弹出对话框的Target 项里输入晶振为12M，然后勾上Use On-chip ROM。
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图5.7 工程配置（1）
在Output项里勾上Create HEX File。这就是产生要烧写的.hex文件。
图5.8 工程配置（2）
然后点击Project菜单里的build target或Rebuild all target files以编译要烧写的.hex文件。编译完会在下面Output Window里显示编译成功与否的信息和错误提示。
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图5.9 程序编译
5.2.2 电路绘制及调试
添加元件，单击“P”按钮入AT89C51，得到以下结果：
，在对话框的KEYWORDS中输
图5.10 查找元件
单击OK，关闭对话框，这时元件列表中列出AT89C51，用同样的方法找出其他元件。如图5.11所示：
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图5.11 所需元件
放置元件，在元件列表中左键选取AT89C51，在原理图编辑窗口中单击左键，这样AT89C51就被放到原理图编辑窗口中了，用同样的方法放置其他元件，如图5.12所示：
图5.12 放置元件
按照数码管显示的温控电动机的原理连接电路，如图5.13所示：
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图5.13 电路原理图
完成控制电路的绘制，将Proteus与Keil开发工具结合，搭建单片机开发平台，实现二者的联调，然后仿真出控制电路，如图5.14所示：
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图5.14 电路原理图
6 结论
本课程设计阐述了以AT89C51单片机为核心，使用DS18B20温度传感器以及4位集成式数码管显示温度的数码管显示的温控电动机。实现了通过数码管监
00测温度，当温度在20C~70C范围之外时，直流电动机开始旋转的要求。本设
计着重运用单片机原理设计数码管显示的温控电动机的程序，并用Keil软件编写程序，用Proteus软件进行控制电路的仿真操作。
在课程设计过程中，遇到一些问题，例如：从网上查找到相关程序和本设计题目一样,但是用到这个程序是出现错误,自己查找不出错误所在,最后经过问老师得到了解决。设计过程中由于对单片机理论知识的欠缺，使得对一些指令不是很了解，导致程序编写错误，期间花费了大量时间找资料和同学探讨调试，最终编
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写出正确的程序；此外，由于初次接触Proteus软件，对其使用不是很熟悉，又查阅了大量该软件的资料和使用教程来完成控制电路的绘制；在进行控制电路仿真过程中最重要的就是Keil软件和Proteus软件的联调，对此我也查阅了很多相关资料，以保证该课程设计的正确性和可行性。
附录A: 设计所用的C语言程序清单
#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit DS=P1^6; sbit IN1=P1^0; //P1.0与电机驱动IN1相连 sbit IN2=P1^1; //P1.1与电机驱动IN2相连 sbit ENA=P1^4; uint temp,t; uchar flag,count; uchar data dis_buf[8]; uchar data dis_digit,dis_index; uchar code table[]={ 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f }; uchar code table1[]={ 0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6, 第17 页 共29页 中北大学计算机控制技术课程设计说明书 0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef }; void delay(uint ms) { uint i,j; for(i=ms;i>0;i--) for(j=110;j>0;j--); } void init() { TMOD=0x11; TH0=(65536-1000)/256; TL0=(65536-1000)%256; TH1=(65536-5000)/256; TL1=(65536-5000)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; ET1=1; TR1=1; flag=0; ENA=0; 第18 页 共29页 中北大学计算机控制技术课程设计说明书 count=0; } void dsreset(void) { uint i; DS=1; i++; DS=0; i=103; while(i>0)i--; DS=1; i=4; while(i>0)i--; DS=1; } bit tmpreadbit(void) { uint i; bit dat; DS=1; DS=0;i++;i++; DS=1;i++; 第19 页 共29页 中北大学计算机控制技术课程设计说明书 dat=DS; i=8;while(i>0)i--; return (dat); } uchar tmpread(void) { uchar i,j,dat; dat=0; for(i=1;i<=8;i++) { j=tmpreadbit(); dat=(j<<7)|(dat>>1); } return(dat); } void tmpwritebyte(uchar dat) { uint i; uchar j; bit testb; for(j=1;j<=8;j++) { 第20 页 共29页 中北大学计算机控制技术课程设计说明书 testb=dat&0x01; dat=dat>>1; if(testb) //write 1 { DS=0; i++;i++; DS=1; i=8;while(i>0)i--; } else { DS=0; i=8;while(i>0)i--;//write 0 DS=1; i++;i++; } } } void tmpchange(void) { dsreset(); delay(1); 第21 页 共29页 中北大学计算机控制技术课程设计说明书 tmpwritebyte(0xcc); tmpwritebyte(0x44); } uint tmp() { float tt; uchar a,b,b1; dsreset(); delay(1); tmpwritebyte(0xcc); tmpwritebyte(0xbe); a=tmpread(); b=tmpread(); temp=b; b1=b; temp<<=8; temp=temp|a; if(b1<8) { flag+=1; tt=temp*0.0625; temp=tt*10+0.5; 第22 页 共29页 中北大学计算机控制技术课程设计说明书 dis_buf[0]=0; } else { flag-=1; temp=~temp; temp=temp+1; tt=temp*0.0625; temp=tt*10+0.5; dis_buf[0]=0x40; } return temp; } void display(uint temp) { uchar A1,A2,A3; A1=temp/100; A2=temp%100/10; A3=temp%10; t=A1*10+A2; dis_buf[3] = table[A3]; 第23 页 共29页 中北大学计算机控制技术课程设计说明书 dis_buf[2] = table1[A2]; dis_buf[1] = table[A1]; } void Turn_t(void) { ENA=0; IN1=0; IN2=0; } void Turn_z(void) { ENA=1; IN1=1; IN2=0; } void main() { init(); dis_buf[7]=table[0]; dis_buf[6]=table[0]; dis_buf[5]=table[0]; dis_buf[4]=table[0]; 第24 页 共29页 中北大学计算机控制技术课程设计说明书 dis_buf[3]=table[0]; dis_buf[2]=table[0]; dis_buf[1]=table[0]; dis_buf[0]=table[0]; dis_digit=0xfe; dis_index=0; while(1) { if(flag==1) { flag=0; if(t>=70) Turn_z(); else Turn_t(); } else if(flag==-1) { flag=0; if(t>20) Turn_z(); 第25 页 共29页 中北大学计算机控制技术课程设计说明书 else Turn_t(); } } } void timer0() interrupt 1 { TH0 = (65536-500)/256; TL0 = (65536-500)%256; P2=0xff; P0=dis_buf[dis_index]; P2=dis_digit; dis_digit = _crol_(dis_digit,1); dis_index++; dis_index &= 0x07; } void timer1() interrupt 3 { TH1=(65536-5000)/256; TL1=(65536-5000)%256; count++; if(count==4) 第26 页 共29页 } { count=0; 中北大学计算机控制技术课程设计说明书 tmpchange(); display(tmp()); } 附录B:直流电机在-200 C ~700 范围之内外的旋转情况 第27 页 共29页 中北大学计算机控制技术课程设计说明书 附图1在-20C ~70 范围之内时电机不旋转 0 0 第28 页 共29页 中北大学计算机控制技术课程设计说明书 附图4在-20C ~70 范围之外时电机继续旋转 0 0 参考文献 ［1］彭伟. 单片机C语言程序设计实训――基于8051+Protues仿真[M].电子工业出版社.2010 ［2］徐玮,徐富军,沈建良. C51单片机高效入门[M].机械工业出版社.2010 ［3］林志琦. 郎建军.基于Proteus 的单片机可视化软硬件仿真. 北京航空航天 大学出版社. 2006 ［4］郁有文. 传感器原理及工程应用.西安电子科技大学出版社.2000.6 ［5］李朝青. 单片机原理及接口技术. 北京航空航天大学出版社.2005 ［6］李全利. 单片机原理及应用技术. 高等教育出版社. 2004.11 ［7］耿德根. 高速嵌入式单片机原理与应用. 北京航空航天大学出版社.2003 第29 页 共29页 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容