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摘 要：针对高等院校传统单片机实验系统中存在的硬件成本偏高及仿真难以实现等问题，研究了一种基于新型嵌入式系统仿真软件Proteus+Keil C的仿真平台。
关键词：单片机； 嵌入式虚拟实验平台； Proteus； Keil； 温度报警器
随着嵌入式系统和物联网技术的诞生与发展，单片机作为典型的嵌入式微处理器（MCU），在工业控制及人类生活中得到广泛应用，如手机、电话、各种家用电器等电子产品中都集成有单片机，汽车上一般会集成40多片，工业控制当中甚至会有数百单片机在同时工作。单片机的应用要远远大于PC机。
Proteus仿真环境是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA软件仿真模拟电路和数字电路的功能，还能仿真以软件为核心的单片机及外围器件。Proteus是目前最好的单片机及外围器件仿真软件，受到单片机爱好者、教师、嵌入式开发工作者的青睐。Proteus实现了从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计，是迄今为止世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译环境。
1.系统结构设计
（1）系统总体设计概述
总体设计方案采用AT89C52单片机作控制器，温度传感器选用DS18B20来设计数字温度计，系统由5个模块组成：主控制器、测温电路、显示电路、控制电路、报警及指示电路。主控制器由单片机AT89C52实现，测温电路由DS18B20温度传感器实现，显示电路由1602LCD直读显示，报警指示电路由蜂鸣器和发光二级管构成，控制电路由按键构成。本设计所使用的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确等特点，其输出温度采用数字显示，主要用于对温度的精度要求较高的场所，或科研实验室使用，并且加有报警装置，超过限制温度可发出报警信号，还可以调整报警上下限温度。该设计控制器使用单片机AT89C52，测温传感器使用DS18B20，用1602LCD实现温度显示，能准确达到以上要求。
（2）硬件设计
本系统设计由5个模块组成：主控制器（单片机）、温度采集模块、温度显示模块、控制电路模块、报警及指示模块。主控制器由单片机AT89C52实现，测温电路由DS18B20温度传感器实现，显示电路1602LCD直读显示，报警指示电路由蜂鸣器和发光二级管构成，控制电路由按键构成。硬件结构如图1所示。
（3）软件设计
软件部分设计分为以下几个部分：采集数据、显示数据、数值比较、LCD显示等，用Keil C编译。其中软件设计关键部分为ds18b20数据采集。读取温度关键代码如下：
DS18B20的读操作：①将数据线拉高“1”。②延时2us。③将数据线拉低“0”。④延时15us。⑤将数据线拉高“1”。⑥延时15us。⑦读数据线的状态得到1个状态位，并进行数据处理。⑧延时30us。
读操作程序代码如下：
uchar ds_read（void）
{
uchar i；
uchar value=0；
for（i=8；i>0；i--）
{
DQ=1；_nop_（）；
_nop_（）；
value>>=1；
DQ=0；
_nop_（）；
_nop_（）；
_nop_（）；
_nop_（）；
DQ=1；
_nop_（）；
_nop_（）；
_nop_（）；
_nop_（）；
if（DQ）value|=0x80；
delay（6）；
}
DQ=1；
return（value）；
}
2.Proteus仿真结果
将以上关键程序利用Keil C编译生成.Hex文件，在Proteus原理图界面双击单片机，在弹出的编辑窗口编辑晶振频率（11.0592MHz），点击“Program File”选中在Keil C里生成的.Hex文件确定即可。点击仿真按钮，进行仿真。仿真效果如图1所示。
3、结论
研究了在嵌入式虚拟实训平台下的AT89C52单片机利用DS18B20温度传感器模块和1602LCD显示模块进行温度报警器的仿真，软件部分和现实设计中一样，采用Keil C编程，仿真结果表明成功可靠。与传统硬件仿真器仿真相比，由Proteus+Keil C组成的嵌入式虚拟实验平台方便设计者修改元件参数来优化设计，效率高、成本低、效果好。
利用嵌入式虚拟仿真环境进行嵌入式系统的设计开发具有一定的推广意义。经实验验证具有通用性，可以运用于其他相关型器件与微处理器中，具有高等院校教学和社会实际应用很高的参考价值。 |
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