基于单片机设计调试的数字式指针温度计

　　本文主要叙述利用Proteus软件实现的数字式指针温度计的一种调试方法，采用MCS51单片机作为指针温度计的数字信号处理器，其中，温度采集传感器选用Dallas公司的Ds1820单总线式数字温度传感器，该温度计的温度值通过四个数码管显示，同时还可以通过刻盘指针指示。

　　硬件设计

　　硬件设计包括温度采集模块、单片系统及温度显示模块等模块，其中，刻度盘上指针的控制是设计中的一个重点。在设计数字电路的角位移控制时，一般选用步进电机或伺服电机，选用步进电机时，其步进角固定，同时，对于角位移的控制，会产生控制角度的动作位置不够精确的问题;选用伺服电机也就是舵机时，其控制原理是通过MCS51单片机产生脉宽调制(PWM)信号的占空比来改变舵机摇臂旋转的位置，以达到控制伺服电机的目的，最后在刻度盘上指示温度值。

　　系统硬件电路原理图如图1所示。

　　1.舵机的工作原理

　　系统中指针的驱动由舵机实现，为使指针在刻度盘上的初始指示精确，文中采用4个独立按键实现指针刻盘上的粗、微调节。

　　舵机是一个简单的闭环系统，其内部硬件电路、微型电机及减速器封装在一个部件内，实物图如图2所示，输出轴可在一90°～90°范围内旋转到任意角度。

　　舵机包含控制信号线、电源线和地线3根引线，其反馈元件为一个与输出轴同轴的精密电位器，通过电位器的反馈信号得到舵机输出轴转动的位置，然后将相应的电压值反馈回控制芯片，最后将反馈的输出轴位置与控制引线设定的位置进行比较，得到输出轴位置的偏差，从而驱动微型电机转动，使输出轴转到预定控制的角度。

　　舵机的控制信号为一列PWM波，周期为18～20ms，舵机输出轴转动的角度位置与PWM信号占空比呈线性关系，当控制信号的高电平宽度为0.5ms时，舵机输出轴位置为-90°;当信号高电平宽度为2.5ms时，输出轴位置为+90°。

　　软件设计

　　单片机软件的设计包括DSl820的读写、模拟PWM输出、单片机温度取值、按键扫描、数码管显示等程序设计。

　　1.DS1820的读写

　　DS1820采用单总线协议，能够实现数据的双向传输，在进行DS1820读写操作前应先对DS1820进行复位，同时，必须严格遵守DS1820的读写时序，尽量精简中断程序，以减少对DS1820的读写时序的影响，提高温度采集的准确性。[page]

　　DS1820读、写子程序如下：

　　2.PWM的输出

　　利用MCS51单片机的定时器中断产生PWM信号，TO每产生一次中断，PWM输出逻辑电平翻转一次，PWM控制信号的输出周期为20ms。

　　定时器中断服务程序如下：

　　其中,int_m为中断计数的中间变量。

　　3.按键扫描程序

　　文中采用4个独立按键完成指针刻度盘上的粗、微调节，按键扫描程序如下：

　　Proteus软件调试

　　Proteus软件可以对常用的单片机进行实时仿真，具有全速、单步、设置断点等调试功能，可以观察各个变量、寄存器等当前状态，同时支持第三方软件编译和调试环境。[page]

　　在Proteus软件中系统的调试界面如图3所示，其中，逻辑分析仪用于测量等当前状态，同时支持第三方软件编译和调试环境。

　　在Proteus软件中系统的调试界面如图3所示，其中，逻辑分析仪用于测量单片机产生的PWM信号，其中通道A3为测量PWM信号的基准，通道A5为单片机产生的PWM信号：示波器用于观察产生的PWM信号。

　　在Proteus 6.9软件中调试的某一调试状态的界面图如图4所示，系统27℃、43.1℃时指针刻盘的显示效果图分别如图5、图6所示。