隨著現代信息技術的飛速發展和傳統工業改造的逐步實現，能夠獨立工作的溫度檢測和顯示系統已經應用于諸多領域。傳統的溫度檢測和顯示是基于模擬傳感器和LED顯示技術的。傳感器輸出的模擬信號易受干擾，在一些溫度范圍內線性不好，需要進行冷端補償或引線補償。隨著科學技術的發展，由單片集成電路構成的溫度傳感器的種類越來越多，測量的精度越來越高，數字溫度傳感器具有價格低、精度高，適于微型封裝、能工作在寬溫度范圍內等優點，在很多應用中，數字溫度傳感器正開始替代傳統的模擬溫度傳感器。另外，液晶顯示器體積小，便于攜帶、功耗低、抗干擾能力強、信息豐富等優點，已被廣泛應用在儀器儀表和控制系統中。
    現代電子設計手段的發展，已由傳統的手工設計階段發展到了EDA階段，再到虛擬設計階段，Proteus軟件就是在這大背景下應運而生的。Proteus軟件是英國Labcenterelectronics公司研發的EDA工具軟件，是目前最流行的嵌入式系統設計與仿真平臺，它能完全脫離硬件平臺進行嵌入式虛擬開發，通過各虛擬儀器構建硬件電路，調試Keil、ADS等集成開發環境中生成的軟件程序，達到虛擬硬件調試系統程序的目的，為后續實際軟硬件系統的設計提供實踐理論依據。

1 硬件電路設計
    液晶溫度顯示器的硬件主要有以下部分：溫度檢測部分、單片機最小系統、顯示電路和鍵盤電路，如圖1所示。

    單片機采用美國ATMEL公司生產的低電壓、高性能CMOS的MCS-51系列單片機AT89C52，它片內含8 K字節可重復擦寫Flash閃速存儲器和256字節的RAM，片內程序存儲器空間能滿足本系統程序存儲之需要，可省去片外EPROM程序存儲器，簡化系統的設計，使電路結構簡潔。時鐘電路中的晶振頻率采用12 MHz，系統復位采用上電復位方式。系統的硬件電路如圖2所示。

    溫度傳感器采用美國Dallas公司生產的單總線(1-wire)數字溫度傳感器DS18B20。它的測量溫度范圍為-55～+125℃，在-10～+85℃范圍內，精度可達±0．5℃，通過編程可以選擇9～12位A／D轉換精度，測溫分辨率可達0．062 5℃。DS18B20耐磨耐碰，體積小，使用方便，適用于各種狹小空間。它只有3個引腳，2腳DQ是數字信息輸入／輸出端，3腳VCC是外部電源輸入端，1腳GND是電源地。現場溫度直接以“一線總線”的數字方式傳輸，可以提高系統的抗干擾性。DS18B20的電源供電方式有2種：外部供電方式和寄生電源方式。工作于寄生電源方式時，VDD和GND均接地，它在需要遠程溫度檢測和空間受限的場合特別有用，但是需要強上拉電路，軟件控制變得復雜，同時芯片的性能也有所降低。因此，在本設計中，采用外接電源供方式，將DQ與P3．2相連接。
    LM016L是16x2數碼液晶顯示器，每行可顯示16個字符，共2行。LM016L的控制器為HD44780，與液晶屏集成在一起。HD44780的控制端有3個，分別是RS、讀寫控制端RW和使能信號E。RS=0時，配合RW實現命令讀寫；RS=1時，配合RW實現顯示數據的讀寫。本系統中，單片機的P0口作為數據口，與LM016L的D0～D7連接，為保證電路能正常顯示，在P0口與D0～D7之間分別連接8個上拉電阻。P2口作為LCD的控制線，P2．0～P2．2分別連接LM016L的RS、RW和E，VDD、VSS和VEE分別接電源和地。
    本顯示器設置了一個檢測控制開關SW1，它的高低電平信息通過P2．3傳遞給單片機。當單片機復位后，若SW1為ON，DS18B20檢測溫度信息，經過單片機處理后送LM016L顯示，工作指示燈LED1亮；若SW1為OFF，則系統暫停工作，工作指示燈LED1滅。當溫度傳感器DS18B20有故障無法復位時，工作指示燈LED1閃爍。

2 軟件設計
    系統在Keil uVision3集成開發環境編寫C51程序進行軟件開發，采用模塊化編程方式。在硬件設計的基礎上，根據DS18B20和LM016L的工作原理，軟件設計主要完成以下任務：初始化DS18B20，讀／寫DS18B20，讀取DS18B20轉換后的溫度值并轉換，初始化LMOl6L，LM016L顯示溫度值等。以上各個子任務分別用相應的子程序來實現，在主程序中有序的調用各個子程序模塊，程序流程圖如圖3所示。

    系統軟件設計的重點和難點之一是傳感器輸出信號的讀取和轉換。單片機從DS18B20中讀到的溫度值是16位的數字信息，其中高5位是表示溫度正負的符號位。數字溫度值的讀取并轉換成實際溫度十進制值的子程序流程圖如圖4所示。

    溫度轉換子程序設計如下：



    在軟件設計時，應嚴格按照DS18B20和LM016L的工作時序，設置好延時時間，否則會影響系統的實時性，即出現溫度顯示輸出變化滯后溫度輸入的變化。

3 系統仿真
    在Keil uVision3中，采用C51編寫源程序，在新建項目中選擇AT89C52單片機作為CPU，再將編寫好的C語言源程序加載到新建項目中。在“Project”下拉菜單中，選擇“Options forTarget”對話框，在對話框中選中“Output”選項卡的“Create HEX File”選項，最后點擊“Itebuild all Target Files”，編譯成功后生成的“*．Hex”文件。在Proteus ISIS7．5中，雙擊AT89C52，將可執行程序裝載到單片機中，如圖5所示。

    程序導入Proteus后，點擊仿真運行控制按鈕后，進入仿真調試狀態，點擊中的Play鍵，進行軟、硬件交互仿真，如圖6所示。圖6(a)表明，假如DS18B20檢測到的當前溫度是123．9℃，則經過單片機處理后，LM016L顯示出當前的溫度值123．9℃，工作指示燈亮。通過調節DS18B20模型上的上下標，可設定低于零度的溫度輸入，仿真顯示結果如圖6(b)所示。在Proteus仿真狀態下，調節DS18B20模塊的上下標改變溫度的輸入值(-55.0～+125.0 ℃)，LM016L的輸出溫度值實時跟隨變化。仿真結果表明，該溫度顯示器能準確的測量并顯示溫度，測量精度到0．1℃，仿真效果與系統預期要實現的一致。

4 結束語
    利用功能強大的Proteus軟件提供的元件庫設計硬件電路及軟硬件仿真，實現了液晶溫度顯示器的仿真設計。該顯示器電路結構簡潔，可靠性高，成本低。通過Proteus的前期仿真提高了液晶溫度顯示器的設計效率，縮短了開發周期，降低了設計成本，保證了設計的合理性和可靠性。