畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）單片機(jī)無線溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、單片機(jī)無線溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要 論文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于51系列單片機(jī)的無線溫度控制系統(tǒng)。其主要內(nèi)容有：對溫度的采集，傳輸和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和整體框架進(jìn)行分析，然后從系統(tǒng)的硬件和軟件兩方面進(jìn)行詳細(xì)論述。整個(gè)系統(tǒng)由兩個(gè)子系統(tǒng)組成，主控子系統(tǒng)由液晶屏1602，無線收發(fā)模塊nrf905和主控芯片stc組成，主要進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，控制信號發(fā)送和溫度數(shù)據(jù)接收，實(shí)時(shí)顯示。從控子系統(tǒng)由溫度傳感器ds18b20，無線收發(fā)模塊nrf905和從控芯片stc組成，主要進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集，發(fā)送和設(shè)定參數(shù)的接收，處理。論文最后對系統(tǒng)進(jìn)行了整體調(diào)試，工作穩(wěn)定。關(guān)鍵詞：ds18b20；短距離；nrf905;無線收發(fā)目錄摘要iabst

2、racti第1章 緒論11.1 背景及應(yīng)用11.2溫度控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀11.3溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢21.4研究單片機(jī)無線溫度控制系統(tǒng)的目的和意義31.5本課題要解決的主要問題3第2章 本系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)12.1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)12.2 單片機(jī)型號的選擇方案12.3溫度傳感器器件的選擇方案22.4 無線收發(fā)模塊選擇方案3第3章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)13.1系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)13.1.1電路設(shè)計(jì)原理圖13.1.2 ams1117轉(zhuǎn)壓芯片工作原理13.2溫度采集端硬件電路設(shè)計(jì)23.2.1溫度數(shù)據(jù)采集硬件接口電路23.2.2數(shù)字式溫度傳感器ds18b2023.2.3 ds18b20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)33.2.5 d

3、s18b20使用過程中需要注意的問題63.3液晶顯示電路設(shè)計(jì)63.3.1 lcd1602液晶顯示電路73.4無線收發(fā)電路設(shè)計(jì)73.4.1 nrf905模塊設(shè)計(jì)電路83.4.2 nrf905無線射頻收發(fā)模塊的管腳結(jié)構(gòu)和電氣參數(shù)說明83.4.3 nrf905無線射頻芯片的工作方式103.4.4 nrf905無線射頻芯片的工作步驟10第4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)14.1 溫度采集程序設(shè)計(jì)14.1.1單總線技術(shù)（1-wire）14.1.2 ds18b20溫度采集程序設(shè)計(jì)34.3無線收發(fā)程序設(shè)計(jì)64.3.1 spi通信64.3.2 nrf905模塊發(fā)送程序設(shè)計(jì)94.3.3 nrf905模塊接收程序設(shè)計(jì)10第5

4、章 系統(tǒng)性能調(diào)試135.1 系統(tǒng)調(diào)試135.2抗干擾措施135.2.1 硬件抗干擾措施135.2.2 軟件抗干擾措施13第6章 結(jié)論與展望146.1 本論文的主要結(jié)論146.2 對以后工作的展望14參考文獻(xiàn)15致謝16附錄17第1章 緒論 1.1 背景及應(yīng)用 現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集(即傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計(jì)算機(jī)技術(shù))。基于現(xiàn)代信息三大基礎(chǔ)技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)更是屬于現(xiàn)代信息技術(shù)的前沿產(chǎn)品,尤其是無線智能溫控系統(tǒng)被廣泛用于研究、生產(chǎn)、生活等領(lǐng)域,數(shù)量居于智能溫控系統(tǒng)前茅。傳統(tǒng)的溫度控制通常采用帶有線路的有線連接方式，但對于有些場合，如旋轉(zhuǎn)或移動物體的溫度測量、環(huán)境惡

5、劣人員無法涉足之處、不宜采用有線的環(huán)境。隨著無線通信技術(shù)和智能溫控技術(shù)的飛速發(fā)展，并從節(jié)省布線成本考慮，溫控技術(shù)開始從“有線”向“無線”發(fā)展。近年來，基于無線智能測溫技術(shù)應(yīng)用的不斷增加，特別應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)監(jiān)控等領(lǐng)域。作為無線產(chǎn)業(yè)新領(lǐng)域，短距離無線通信技術(shù)顯示出強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭，在受環(huán)境條件限制方面優(yōu)勢明顯，甚至在一些特殊情況下，無線數(shù)據(jù)傳輸方式是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈ㄒ环绞健?.2溫度控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀 目前，在工業(yè)和農(nóng)業(yè)應(yīng)用的溫度控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集大量使用基于物理機(jī)制的傳感器，且監(jiān)控和采集的對象多而分散。傳統(tǒng)的使用線纜直接連接實(shí)現(xiàn)信號傳輸?shù)姆绞剑瑢?yán)重限制數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的安放靈活性，

6、設(shè)備布線苦難。為了達(dá)到實(shí)時(shí)、無人值守、不需重新布線的目的。因此，通過無線通信的方式傳遞數(shù)據(jù)是一種較為理想的選擇，它與有線方式相比主要有成本低、攜帶方便、布線安裝簡便等特點(diǎn)，特別適用于無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)階段溫控系統(tǒng)分為以下幾類： 1模擬、集成溫度控制系統(tǒng)模擬溫度控制系統(tǒng)主要包括溫控開關(guān)、可編程溫度控制器。某些增強(qiáng)型集成溫度控制系統(tǒng)中還包含了a/d轉(zhuǎn)換器以及固化好的程序，這與智能溫控系統(tǒng)有某些相似之處。 2智能溫控系統(tǒng)智能溫控系統(tǒng)（亦稱數(shù)字溫控系統(tǒng)）是在20世紀(jì)90年代中期問世的。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動測試技術(shù)(ate)的結(jié)晶。目前，國際上已開發(fā)出多種智能溫控系統(tǒng)系列產(chǎn)品。智能溫

7、控系統(tǒng)內(nèi)部都包含溫度傳感器、a/d轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲器(或寄存器)和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器 (cpu)、隨機(jī)存取存儲器(ram)和只讀存儲器(rom)。智能溫控系統(tǒng)的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件來實(shí)現(xiàn)測試控制功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。3無線與有線溫控系統(tǒng)無線溫控系統(tǒng)主要是以無線發(fā)射模塊為載體來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的傳送，主要優(yōu)點(diǎn)是不受空間地域、外部條件的影響；相對來說有線溫控系統(tǒng)就是以實(shí)在的物理線路為載體來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的傳送，主要有點(diǎn)是數(shù)據(jù)精度高、可靠性強(qiáng)，可以承載較大數(shù)據(jù)流量的溫度控制。1.3溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢進(jìn)

8、入21世紀(jì)后，智能溫控系統(tǒng)正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、研制單片溫控系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。下面就對以上這幾個(gè)發(fā)展方向進(jìn)行闡述： （1）提高測溫精度和分辨力發(fā)展方向 在20世紀(jì)90年代中期最早推出的智能溫控系統(tǒng)，采用的是8位a/d轉(zhuǎn)換器，其測溫精度較低，分辨力只能達(dá)到2c。目前，國外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度系統(tǒng)，所用的是912位a/d轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達(dá)0.50.0625c。為了提高多通道智能溫控系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換速率，也有的系統(tǒng)采用高速逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器。 （2）增加測試功能發(fā)展方向智能溫控系統(tǒng)正從單通道向多通道的方向發(fā)展，這就為以后研制和開發(fā)多路的智

9、能溫度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。智能溫控系統(tǒng)都具有多種工作模式可供選擇，對于某些智能溫控系統(tǒng)而言，主機(jī)(外部微處理器或單片機(jī))還可通過相應(yīng)的寄存器來設(shè)定其a/d轉(zhuǎn)換速率、分辨力、最大轉(zhuǎn)換時(shí)間等參數(shù)。 （3）總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化發(fā)展方向 目前，智能溫控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸總線技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線(1-wire)總線、i2c總線、smbus總線和spi總線。采用的溫度傳感器可直接通過專用總線接口與主機(jī)進(jìn)行通信。 （4）單片溫控制系統(tǒng)發(fā)展方向 單片系統(tǒng)(system on chip)是21世紀(jì)一項(xiàng)高新科技產(chǎn)品。它是在芯片上集成一個(gè)系統(tǒng)或子系統(tǒng)，其集成度將高達(dá)108109元件

10、/片，這將給ic產(chǎn)業(yè)及ic應(yīng)用帶來時(shí)代的進(jìn)步。半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(sia)對單片系統(tǒng)集成所作的預(yù)測見（表1-1）。目前，國際上一些著名的ic廠家已開始研制單片測溫系統(tǒng)，相信在不久的將來即可面市。表1-1年 份2010201220142016最小線寬（微米）包含晶體管數(shù)量（片）成本（晶體管/毫美分）芯片尺寸(平方毫米)電源電壓（伏）芯片i/o數(shù)0079108002 14000948000061.1109001615000850000051.4109001316000752000041.710900117000656001.4研究單片機(jī)無線溫度控制系統(tǒng)的目的和意義 根據(jù)所學(xué)的相關(guān)理論知識, 結(jié)合當(dāng)前智

11、能溫控系統(tǒng)的現(xiàn)狀,提出了本次設(shè)計(jì)的題目基于單片機(jī)無線智能溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了目前較先進(jìn)的智能單總線數(shù)字溫度傳感器ds18b20，搭配市場上最普遍的51系列單片機(jī)，來實(shí)現(xiàn)對溫度的采集和智能控制，并通過無線傳感器nrf905來對系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使系統(tǒng)硬件簡單，具有測量精度高、抗干擾性強(qiáng)、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)階段相對而言智能溫控系統(tǒng)固然不少，但把智能化儀器和無線數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域交叉滲透的系統(tǒng)還比較少，特別是既有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，又有性能優(yōu)勢的系統(tǒng)就更少，因此提出了這個(gè)設(shè)計(jì)題目。這一系統(tǒng)的提出不但擁有很高的性價(jià)比，而且擁有十分廣闊的現(xiàn)實(shí)意義。1.5本課題要解決的主要問題本課題主要研究的是短距離無線數(shù)據(jù)采集，

12、無線溫度控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用。主要研究內(nèi)容有一下幾個(gè)方面：（1）系統(tǒng)采用智能溫度傳感器ds18b20，儀器可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，安置靈活，支持單總線技術(shù)，信號易于處理和傳送，降低了系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用。(2) 系統(tǒng)采用無線數(shù)據(jù)的采集和處理，采用跳頻技術(shù)有效避免同頻段無線信號的干擾，增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕岣吡讼到y(tǒng)的靈活性和效率。 第2章 本系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)繼電器鍵盤液晶顯示單片機(jī)無線模塊傳感器單片機(jī)無線模塊 圖 2-1-1 從控子系統(tǒng) 圖 2-1-2 主控子系統(tǒng)圖2-1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 本論文提出的單片機(jī)無線溫度控制系統(tǒng)，由從控子系統(tǒng)（如圖2-1-1）和主控子系統(tǒng)（如圖2-1-2

13、）組成。從控子系統(tǒng)由傳感器，單片機(jī)，繼電器和無線收發(fā)模塊組成，單片機(jī)將傳感器采集到的數(shù)據(jù)送給無線收發(fā)模塊發(fā)出，接受到主控子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，按相應(yīng)的通信協(xié)議取出有效數(shù)據(jù)，并通過處理來控制繼電器的工作情況。主控子系統(tǒng)由無線模塊，單片機(jī)，鍵盤，液晶組成，單片機(jī)接收到從控子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，按相應(yīng)的通信協(xié)議取出有效數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)在液晶屏上顯示出實(shí)測溫度和按鍵設(shè)定的溫度，并且將實(shí)測溫度和設(shè)定溫度對比處理的信號送給無線收發(fā)模塊發(fā)出，如此反復(fù)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。2.2 單片機(jī)型號的選擇方案單片機(jī)型號的選擇根據(jù)溫度控制系統(tǒng)的目標(biāo)，功能，性價(jià)比，精度和速度等來共同決定的。51系列單片的使用最為廣泛，能兼容的外圍芯片

14、也很多，其中stc單片機(jī)是一款增強(qiáng)型51單片機(jī)，完全兼容mcs-51，還增加了新功能，新增兩級中斷優(yōu)先級，多一個(gè)外中斷，內(nèi)置eeprom，硬件看門狗，具有掉電模式，512b 內(nèi)存，支持isp在線編程，不用編程器，程序可擦寫10萬次。管腳完全兼容，性能更好，驅(qū)動能力更強(qiáng)；超強(qiáng)抗干擾能力；功耗更低；價(jià)格也比傳統(tǒng)的89系列低。stc單片機(jī)主要性能：（1）高速：1 個(gè)時(shí)鐘/ 機(jī)器周期，增強(qiáng)型8051 內(nèi)核，速度比普通8051 快812 倍（2）寬電壓：5.53.8v，2.43.8v（stc12le5410ad 系列）（3）低功耗設(shè)計(jì)：空閑模式，掉電模式（可由外部中斷喚醒）（4）工作頻率：035mhz，

15、相當(dāng)于普通8051：0420mhz（5）時(shí)鐘：外部晶體或內(nèi)部rc 振蕩器可選，在isp 下載編程用戶程序時(shí)設(shè)置（6）12k/10k/8k/6k/4k/2k 字節(jié)片內(nèi)flash 程序存儲器，擦寫次數(shù)10 萬次以上（7） isp / iap，在系統(tǒng)可編程/ 在應(yīng)用可編程,無需編程器/ 仿真器（8） 2個(gè)16位定時(shí)器，兼容普通8051的定時(shí)器t0/t1（9）硬件看門狗（wdt）（10）全雙工異步串行口（uart），兼容普通8051，可以當(dāng)2個(gè)串口使用（11）先進(jìn)的指令集結(jié)構(gòu)，兼容普通8051指令集，有硬件乘法/除法指令2.3溫度傳感器器件的選擇方案 傳感器是獲取信息的工具，是信息技術(shù)（傳感與控制技術(shù)

16、，通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)）的前沿尖端產(chǎn)品，已被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，如現(xiàn)代化工農(nóng)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、航空航天技術(shù)、海洋開發(fā)等，而且傳感器的應(yīng)用促進(jìn)了以上各領(lǐng)域的發(fā)展。尤其是溫度傳感器，使用范圍廣，數(shù)量多，居各種傳感器之首。溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了一下3個(gè)階段：（1） 傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器（含敏感元件），主要是能夠進(jìn)行非電量和電量之間的轉(zhuǎn)換。（2） 模擬集成溫度傳感器/控制器。（3） 智能傳感器，目前國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式，有集成向智能化，網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。 以下介紹一些常用的溫度傳感器：（1） ad7818/ad7817 美國adi公司（模擬器件公司）研制的單片溫度測量和控制

17、集成電路，其有4通道10位轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換時(shí)間是s。供電范圍2.7v到5.5v,測溫范圍-55到+125,精度為2.體積小,使用方便,測量精度高,編程簡單。（2） lm35是ns公司（美國國家半導(dǎo)體公司）生產(chǎn)的集成電路溫度傳感器系列產(chǎn)品之一，它具有很高的工作精度和較寬的線性工作范圍，該器件輸出電壓與攝氏溫度線性成比例。因而從使用角度來說，lm35與開爾文標(biāo)準(zhǔn)的線性溫度傳感器相比更有優(yōu)越之處，lm35無需外部校準(zhǔn)或微調(diào)，可以提供0.25的常用的室溫精度，在-55至+150溫度范圍內(nèi)為0.75。lm35系列適合用密封的to-46晶體管封裝，而lm35c也適合塑料to-92晶體管封裝。lm35主要特性

18、：1) 工作電壓：直流4至30伏；2) 工作電流：小于133ua; 3) 輸出電壓：+6v至-1v； 4）輸出阻抗：1ma負(fù)載時(shí)0.1； 5）精度：0.5精度（在+25時(shí)）； 6）漏泄電流：小于60ua; 7) 比例因數(shù)：線性+10.0mv/； 8）非線性值：0.25； 9）額定溫度范圍：-55至+150； 10）校準(zhǔn)方式：直接用攝氏溫度校準(zhǔn)。 (3) ds18b20是dallas公司生產(chǎn)的可編程集成數(shù)字測溫器件，系統(tǒng)中傳遞的只是數(shù)字信號，可以保證傳輸精度。它廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制，產(chǎn)品設(shè)計(jì)，溫度測量以及其它對熱敏感的地方。其內(nèi)部包括溫度傳感器和微控制器。它與單片機(jī)（微控制器）的數(shù)據(jù)通信僅需要一

19、個(gè)引腳，唯一的1-wire接口與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。ds18b20傳感器工作電壓范圍為3.0至5.5v直流，測溫范圍為-55至+125,靈敏度為0.0625。-10至+85范圍內(nèi)精度為0.5。測量數(shù)據(jù)結(jié)果以9或12位數(shù)字量方式進(jìn)行串口傳送，其最大傳輸時(shí)間為750ms。 綜上比較，結(jié)合本設(shè)計(jì)溫度采集、控制的思想，決定采用ds18b20溫度傳感器，充分利用其單總線的特點(diǎn)，節(jié)省i/o口，便于其他功能的擴(kuò)展。2.4 無線收發(fā)模塊選擇方案 目前許多應(yīng)用領(lǐng)域都采用無線的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這些領(lǐng)域包括無線抄表，門禁系統(tǒng)，小型無線網(wǎng)絡(luò)，小區(qū)傳呼，工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，無線遙控系統(tǒng)，無線標(biāo)簽身份識別，非接觸rf智能

20、卡等。由于無線收發(fā)芯片的種類和數(shù)量比較多，無線收發(fā)芯片的選擇在設(shè)計(jì)上是至關(guān)重要的，正確的選擇可以減小開發(fā)難度，縮短開發(fā)周期，降低成本，更快的將產(chǎn)品推向市場。選擇無線收發(fā)芯片時(shí)應(yīng)該考慮以下幾個(gè)因素：功耗，發(fā)射功率，接收靈敏度。收發(fā)芯片所需的外圍元件數(shù)量，芯片成本，數(shù)據(jù)傳輸是否需要進(jìn)行曼徹斯特編碼等。以下介紹一些常用的無線收發(fā)模塊：（1)nrf401是nordic公司研制的單片uhf無線收發(fā)芯片，工作在433mhzlsm(industrial，scientific and medical)頻段。它采用fsk調(diào)制解調(diào)技術(shù)，抗干擾能力強(qiáng)，并采用pll頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好，發(fā)射功率最大可達(dá)10db

21、m，接收靈敏度最大為105dbm，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)20kbps。工作電壓在+3-5v之間。nrf401無線收發(fā)芯片所需外圍元件較少，并可直接接單片機(jī)串口。（2)ccl000是chipcon公司推出的單片可編程rf收發(fā)芯片，它基于chipcons smart rf技術(shù)，可工作在ism頻段(300至1000mhz)。ccl00集成了射頻發(fā)射，pll合成，fsk調(diào)制解調(diào)，可編程控制等多種功能。 cc1000采用鎖相環(huán)技術(shù)，發(fā)射頻率是通過內(nèi)部的頻率合成器來配置的，可置的范圍為300至1000mhz，適合應(yīng)用調(diào)頻協(xié)議，一般可配出10或20個(gè)頻點(diǎn)， 該芯片靈敏度為109dbm，并可自動校驗(yàn)，可編程輸出功率

22、為20dbm至+10dbm。 ccl000的主要工作參數(shù)可由一個(gè)串行接口編程設(shè)定，使用非常方便并且具有靈活性。ccl000芯片的外圍元件較少，且對精度要求不要，并提供三種編碼方式與微控制器接口。所以ccl000與一個(gè)微控制器和少數(shù)幾個(gè)外接元件便可組成一個(gè)完整的rf收發(fā)系統(tǒng)。 ( 3)nrf905是nordic vlsi公司推出的一款無線收發(fā)芯片，32腳封裝，供電電壓為1.9至3.6v，工作與433868915mhz三個(gè)ism(工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)學(xué))頻道?？勺詣犹幚碜诸^和crc(循環(huán)冗余校驗(yàn))。微處理器可以通過spi接口及相關(guān)指令訪問nrf905的寄存器。功耗低，高抗干擾gfsk調(diào)制，可調(diào)頻，載波檢

23、測輸出，地址匹配輸出以及數(shù)據(jù)就緒輸出。nrf905適用于遙感，遙測，無線抄表，工業(yè)數(shù)據(jù)采集以及家庭自動化等領(lǐng)域。 表2-1 三種無線收發(fā)芯片性能比較表芯片nrf401cc1000nrf905生產(chǎn)廠商nordicchipconnordic頻段433mhz3001000mhz433/868/915mhz最大發(fā)射功率+10dbm+10dbm+10dbm最高靈敏度-105dbm-109dbm-104dbm最高通信速率20kbps19.2kbps76.8kbps調(diào)制方式fskfskgfsk工作電壓2.75.25v2.73.6v2.73.3v接收電流11ma(433mhz)7.7ma(433mhz)18.

24、5ma(433mhz)發(fā)送電流8ma(433mhz)8ma(433mhz)12.5ma(433mhz)低功耗電流8 ua(standby)30ua(powerdown)1ua(powerdown) 這三款無線收發(fā)芯片的性能對比如表2-1所示，nrf905模塊具有通信速率高，與微控制器spi通信，配置方便，且功耗低。所以本系統(tǒng)選擇nrf905作為無線收發(fā)模塊。 第3章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)總體框架如下圖所示：stc89c52stc89c52繼電器電源的供給電路ds18b20電源的供給電路 nrf905液晶nrf905 圖3-1-1從控制子系統(tǒng) 圖3-1-2主控制子系統(tǒng) 圖3-1硬件系

25、統(tǒng)總體圖 對于本論文設(shè)計(jì)的單片機(jī)無線溫度控制系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)由從控制系統(tǒng)（如圖3-1-1所示）和主控制系統(tǒng)（如圖3-1-2所示）組成，從控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)溫度采集，發(fā)送和繼電器的控制，主控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)溫度接收，顯示和控制信號的發(fā)送。3.1系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)3.1.1電路設(shè)計(jì)原理圖 圖3-2 電壓轉(zhuǎn)換電路原理圖3.1.2 ams1117轉(zhuǎn)壓芯片工作原理 ams1117是一個(gè)低壓差電壓調(diào)節(jié)器，最小壓差為1v。負(fù)載電流為800ma時(shí)其輸出電壓為1.3v。其固定輸出電壓為1.5v，1.8v，2.5v，2.85v，3.3v和5.0v。ams1117提供短路和熱保護(hù)。電路包含一個(gè)精準(zhǔn)的參考電壓（1.25v）確保輸

26、出電壓的線性調(diào)整度最大為0.2，負(fù)載調(diào)整度最大為0.4。ams1117有sot-223和to-252封裝。輸出端需接一個(gè)至少22uf的膽電容來改善瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。特性：1） 提供1.5v，1.8v，2.5v，2.85v，3.3v，5.0v和可調(diào)電壓；2） 輸出電流可達(dá)800ma;3） 線性調(diào)整度：0.2（最大）；4） 負(fù)載調(diào)整度：0.4（最大）；5） 有sot-223和to-252封裝；6） 在輸入和輸出最小為1v時(shí)也能工作。應(yīng)用：1） 高效線性調(diào)整器；2） 5v至3.3v線性調(diào)整器；3） 電池充電器；4） 筆記本的電源管理設(shè)備；5） 電池供電儀器；6） scsi有源終端。3.2溫度采集端硬

27、件電路設(shè)計(jì)3.2.1溫度數(shù)據(jù)采集硬件接口電路 圖3-3 ds18b20硬件電路3.2.2數(shù)字式溫度傳感器ds18b20dsl8b20是美國dallas公司推出的智能化數(shù)字式溫度傳感器，全部傳感組件及轉(zhuǎn)換電路集成在一個(gè)三極管的集成電路中。dsl8b20支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為-55+125，在10+85范圍內(nèi)，精度為o5?，F(xiàn)場溫度直接以“單總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。特性1)獨(dú)特的單線接口，只需1個(gè)接口引腳即可通信；2)多個(gè)能力使分布式溫度檢測應(yīng)用得以簡化；3)不需要外部組件；4)可

28、用數(shù)據(jù)線供電；5)零待機(jī)功耗；6）測溫范圍從55+125，增量值為0.5；7）以9位數(shù)字值方式讀出溫度；8)溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時(shí)間200ms（典型值）；8)用戶可定義的非易失性的溫度告警設(shè)置；9)報(bào)警搜索命令識別和尋址溫度在編定的極限之外的器件(溫度告警情況)；10）應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)類產(chǎn)品，溫度計(jì)或任何熱敏系統(tǒng)。3.2.3 ds18b20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)dsl8b20主要由四部分組成：64位光刻rom數(shù)據(jù)存儲器、溫度傳感器、非易失性電可擦寫溫度報(bào)警觸發(fā)器th、tl以及非易失性電可擦寫設(shè)置寄存器。器件只有3根外部引腳，其中vdd和gnd為電源引腳，另一根dq線則用作i/o總線，因此稱為

29、一線式數(shù)據(jù)總線。與單片機(jī)接口的每個(gè)io口可掛接多個(gè)dsl8820器件。 圖3-4 ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)每片dsl8820含有一個(gè)唯一的64位rom編碼。頭八位是產(chǎn)品系列編碼，表示產(chǎn)品的分類編號；接著的48位是一個(gè)惟一的產(chǎn)品序列號，序列號是一個(gè)十進(jìn)制編碼，每個(gè)芯片惟一的編碼可以通過尋址將其識別出來，最后8位是前56位的循環(huán)冗余(crc)校驗(yàn)碼，是數(shù)據(jù)通信中校驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸是否正確的一種方法。所以多片dsl8820能夠連接在同一條數(shù)據(jù)線上而不會造成混亂。 表3-1 64位激光8位crc編號48位序列號8位產(chǎn)品序列編碼 dsl8820傳感器的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器由9個(gè)字節(jié)組成。第1、2個(gè)字節(jié)是溫度數(shù)據(jù)(ms

30、b，lsb)，可以在系統(tǒng)配置寄存器中自行設(shè)置數(shù)據(jù)位數(shù)(912位)，數(shù)據(jù)位越多溫度分辨率越高，多余的高位是溫度數(shù)據(jù)的符號擴(kuò)展位。第三、四字節(jié)是溫度上下限報(bào)警值(th，tl)。第五字節(jié)是系統(tǒng)配置寄存器，寄存器各位定義如下：第八位用來設(shè)置傳感器的工作狀態(tài)，“1”為測試狀態(tài)，“0”為操作狀態(tài)，出廠設(shè)置為操作功能狀態(tài)，用戶不能修改；第七、六兩位是溫度轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)位的設(shè)置(00，01，10，01分別對應(yīng)9，10，11，12位溫度數(shù)據(jù)l，出廠設(shè)置為12位溫度數(shù)據(jù)位，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行修改，其余位無效。第6、7、8字節(jié)保留未用。第9個(gè)字節(jié)是crc校驗(yàn)碼，是前面8個(gè)字節(jié)的循環(huán)校驗(yàn)碼，用在通信中檢驗(yàn)數(shù)據(jù)傳送的正確性。

31、溫度傳感器的轉(zhuǎn)換結(jié)果以16位二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式存放在便箋式存儲器中，其中第一個(gè)字節(jié)存放測溫結(jié)果的低位，第二個(gè)字節(jié)存放測溫結(jié)果的高位，s為符號位，其它位為數(shù)據(jù)位，溫度為負(fù)時(shí)s=l，溫度為正時(shí)s-0。格式如下： 表3-2 用二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的ds18b20溫度數(shù)據(jù) 其中，高位字節(jié)中的前5位s是符號位，若測得的溫度大于0，則這5位數(shù)據(jù)也都為“o”，實(shí)際溫度也就等于測到的數(shù)值與00625(00625clsb)的乘積；若溫度小于0，則這5位數(shù)據(jù)就都為“1”，實(shí)際溫度就等于測到的數(shù)值取反加l后再乘以00625。如果測量的溫度值高于溫度報(bào)警器th或低于tl中的值，則dsl8820內(nèi)部的報(bào)警標(biāo)志位就被置位，表示溫

32、度測量值超出范圍。dsl8820的溫度轉(zhuǎn)換位數(shù)可以選擇9-12位，分別對應(yīng)的測溫分辨率為o5，025，0125，00625。不過溫度轉(zhuǎn)換位數(shù)越大，轉(zhuǎn)換時(shí)間也越長。12位精度的最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為750ms。dsl8820的測溫范圍為-55+125，溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果以16位二進(jìn)制方式單線輸出，轉(zhuǎn)換的位數(shù)可通過寫配置寄存器(字節(jié)4)設(shè)定。 表3-3 配置寄存器設(shè)置 表3-4 ds18b20典型溫度對照表 其中，tm：測試模式標(biāo)志位，出廠時(shí)被寫入0，不能改變；r0、r1：溫度計(jì)分辨率設(shè)置位，其對應(yīng)四種分辨率如下表所列，出廠時(shí)r0、r1置為缺省值：r0=1，ri=1(即12位分辨率)，用戶可根據(jù)需要改寫配置寄存

33、器以獲得合適的分辨率。 表3-5 配置寄存器與分辨率的關(guān)系 3.2.3.2.4 ds18b20的工作步驟 （1）初始化； （2）rom操作命令； （3）存儲器操作指令； （4）執(zhí)行數(shù)據(jù)。 ds18b20為用戶提供了5個(gè)rom命令和6個(gè)存儲器命令（如表3-6所示），而具體命令的傳送，則主要通過初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序三個(gè)基本時(shí)序單元的組合來實(shí)現(xiàn)。 表3-6 ds18b20指令集和代碼說明3.2.5 ds18b20使用過程中需要注意的問題 (1)較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于dsl8820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對dsl8b20進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格地保證讀寫時(shí)序

34、，否則將無法讀取測溫結(jié)果。(2)連接dsl8b20的總線電纜是有長度限制的。在采用dsl8b20進(jìn)行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。(3)在dsl8b20測溫程序設(shè)計(jì)中，向dsl8b20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，序總要等待dsl8b20的返回信號，一旦dsl8b20接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該dsl8b20時(shí)，將沒有返回信號，程序進(jìn)入死循環(huán)。3.3液晶顯示電路設(shè)計(jì)液晶顯示模塊具有體積小，功耗低，顯示內(nèi)容豐富，超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。目前字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件。本設(shè)計(jì)選用的是lcdl602液晶顯示模塊，

35、它可以顯示兩行，每行16個(gè)字符，采用單+5v電源供電，外圍電路配置簡單價(jià)格便宜，具有很高的性價(jià)比。1.lcdl602主要管腳介紹：v0：液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地電源時(shí)對比度最高，對比度過高時(shí)會產(chǎn)生鬼影，使用時(shí)可以通過一個(gè)10k的電位器調(diào)整對比度。rs：寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器。r/w：讀寫信號線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)rs和rw共同為低電平時(shí)，可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)rs為高電平，rw為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。e：使能端，當(dāng)e端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行行命令。2.lcd1602的控制命令介紹： lcd

36、1602有11個(gè)控制指令，如表3-7所示 表 3-7 lcd1602控制指令表 3.3.1 lcd1602液晶顯示電路 圖 3-8 lcd1602顯示電路 說明：數(shù)據(jù)線d0d7連接單片機(jī)的p3口；3條控制線分別連接p1.1，p1.2，p1.3（可以根據(jù)具體的硬件電路修改數(shù)據(jù)線和3條控制線）。3.4無線收發(fā)電路設(shè)計(jì) nrf905模塊使用nordic公司的nrf905芯片開發(fā)而成。nrf905單片無線收發(fā)器工作在433868915mhz的ism頻段，由一個(gè)完全集成的頻率調(diào)制器，一個(gè)帶解調(diào)器的接收器，一個(gè)功率放大器，一個(gè)晶體振蕩器和一個(gè)調(diào)節(jié)器組成，shockburst工作模式的特點(diǎn)是自動產(chǎn)生前導(dǎo)碼和

37、crc可以很容易通過spi接口進(jìn)行編程配置電流消耗很低在發(fā)射功率為+10dbm時(shí)發(fā)射電流為30ma，接收電流為125ma。進(jìn)入powerdown模式可以很容易實(shí)現(xiàn)節(jié)電。特性：(1)最高工作速率50kbps，高效gfsk調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場合；(2)125頻段，滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信需要；(3)內(nèi)置硬件crc檢錯(cuò)和點(diǎn)對多通信地址控制；(4)低功耗1936v工作，待機(jī)模式下狀態(tài)僅為25ua；(5)模塊可軟件設(shè)地址。可直接接各種單片機(jī)使用，軟件編程非常方便；(6)tx mode：在+10dbm情況下，電流為30ma；rx mode：122ma。 3.4.1 nrf905模塊設(shè)計(jì)電路

38、 圖3-9 nrf905模塊及外圍電路 3.4.2 nrf905無線射頻收發(fā)模塊的管腳結(jié)構(gòu)和電氣參數(shù)說明 表3-9 nrf905模塊管腳說明 說明：(1)vcc腳接電壓范圍為33v-36v之間，不能在這個(gè)區(qū)間之外，超過36v將會燒毀模塊，推薦電壓在33v左右。(2)除電源vcc和接地端，其余腳都可以直接和普通的5v單片機(jī)io口直接相連，無需電平轉(zhuǎn)換。(3)硬件上面沒有spi的單片機(jī)也可以控制本模塊，用普通單片機(jī)io 13模擬spi不需要單片機(jī)spi模塊介入，只需添加代碼模擬spi時(shí)序即可。(4)與51系列單片機(jī)p0口連接時(shí)候，需要加10k的上拉電阻，與其余口連接不需要。表3-10 nrf905

39、模塊性能參數(shù) 表3-11 nrf905模塊工作電壓與最大發(fā)射增益3.4.3 nrf905無線射頻芯片的工作方式 nrf905模塊一共有四種工作模式，其中有兩種活動rxtx模式和兩種節(jié)電模式?；顒幽Ｊ絪hockburst rx和shockburst tx，節(jié)電模式有掉電和spi編程，standby和spi編程。nrf905工作模式由trx_ce，tx_en，pwr_up的設(shè)置來設(shè)定。 表3-12 工作模式對照表 3.4.4 nrf905無線射頻芯片的工作步驟shoekbursttm收發(fā)模式下，使用片內(nèi)的先入先出堆棧區(qū)，數(shù)據(jù)低速從控制器送入，但高速發(fā)射，這樣可以盡量節(jié)能，因此，使用低速的微控制器也

40、能得到很高的射頻數(shù)據(jù)發(fā)射速率。與射頻協(xié)議相關(guān)的所有高速信號處理都在片內(nèi)進(jìn)行，這種做法有三大好處：盡量節(jié)能；低的系統(tǒng)費(fèi)用(低速微處理器也能進(jìn)行高速射頻發(fā)射1；數(shù)據(jù)在空中停留時(shí)間短，抗干擾性高。shockbursttm技術(shù)同時(shí)也減小了整個(gè)系統(tǒng)的平均工作電流。在shockbursttm收發(fā)模式下，nrf905自動處理字頭和crc校驗(yàn)碼。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，自動把字頭和crc校驗(yàn)碼移去。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，自動加上字頭和crc校驗(yàn)碼，當(dāng)發(fā)送過程完成后，dr引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)射完畢。shockburst tx發(fā)送流程典型的nrf905發(fā)送流程分以下幾步：a當(dāng)微處理器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，通過spi接口，按時(shí)序把接收機(jī)

41、的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)送傳給nrf905，spi接口的速率在通信協(xié)議和器件配置是確定的；b微處理器置高trx_ce和tx_en，激發(fā)nrf905的shockbursttm發(fā)送模式；cnrf905的shockbursttm發(fā)送：(1)射頻寄存器自動開啟；(2)數(shù)據(jù)打包(加字頭和crc校驗(yàn)碼)：(3)發(fā)送數(shù)據(jù)包；(4) 當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完成，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳被置高；dauto_retran被置高，nrf905不斷重發(fā)，直到trx ce被置低；e當(dāng)trx_ce被置低，nrf905發(fā)送過程完成，自動進(jìn)入空閑模式。注意：shockbursttm工作模式保證，一旦發(fā)送數(shù)據(jù)的過程開始，無論trx en和tx en引腳

42、是高或低，發(fā)送過程都會被處理完。只有在前一個(gè)數(shù)據(jù)包被發(fā)送完畢，nrf905才能接收下一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)包。shoekburst rx接收流程a.當(dāng)trx_ce 為高，tx_en為低時(shí)，nrf905進(jìn)shockbursttm入接收模式；b650us后，nrf905不斷監(jiān)測，等待接收數(shù)據(jù)；c當(dāng)nrf905檢測到同一頻段的載波時(shí)，載波檢測引腳被置高；d當(dāng)接收到一個(gè)相匹配的地址，am引腳被置高：e當(dāng)一個(gè)正確的數(shù)據(jù)包接收完畢，nrf905自動移去字頭，地址和crc校驗(yàn)位，然后把dr引腳置高；f微處理器把trx_ce置低，nrf905進(jìn)入空閑模式；g微處理器通過spi口，以一定的速率把數(shù)據(jù)移到微處理器內(nèi)；h當(dāng)所

43、有的數(shù)據(jù)接收完畢，nrf905把dr引腳和am引腳置低；inrf905此時(shí)可以進(jìn)入shockbursttm接收模式，shockbursttm發(fā)送模式或關(guān)機(jī)模式。接收一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，trx ce和tx en引腳的狀態(tài)發(fā)生改變，nrf905立即把其工作模式改變，數(shù)據(jù)包則丟失。當(dāng)微處理器接收am引腳的信號之后，其就知道nrf905正在接收數(shù)據(jù)包，其可以決定是讓nrf905繼續(xù)接收該數(shù)據(jù)包還是進(jìn)入另一個(gè)工作模式。節(jié)能模式nrf905的節(jié)能模式包括關(guān)機(jī)模式和節(jié)能模式。在關(guān)機(jī)模式，nrf905的工作電流最小，一般為25ua。進(jìn)入關(guān)機(jī)模式后，nrf905保持配置字中的內(nèi)容，但不會接收或發(fā)送任何數(shù)據(jù)?？臻e模式有

44、利于減小工作電流，其從空閑模式到發(fā)送模式或接收模式的啟動時(shí)間也比較短。在空閑模式下，nrf905內(nèi)部的部分晶體振蕩器處于工作狀態(tài)。 第4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的軟件部分采用c語言編程，選用集成開發(fā)軟件環(huán)境是keil uvision2。keil uvision2是美國keil software公司出品的51系列兼容單片機(jī)c語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。集編輯，編譯/匯編，調(diào)試為一體，并且能生成hex文件，配合stc-isp v35程序下載軟件，是開發(fā)stc系列單片機(jī)的理想開發(fā)工具。 對于本系統(tǒng)的軟件編程，編程時(shí)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)中各主要功能模塊都編程獨(dú)立的函數(shù)被主程序調(diào)用，主要的程序模塊由以下幾

45、個(gè)自組成：溫度采集，處理程序，液晶顯示程序，無線收發(fā)程序，繼電器控制程序，按鍵處理程序。而其中的關(guān)鍵程序是溫度采集程序和無線收發(fā)程序，下面就主要研究設(shè)計(jì)這兩個(gè)程序。4.1 溫度采集程序設(shè)計(jì)4.1.1單總線技術(shù)（1-wire） 單總線是美國達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司（dallas）推出的外圍擴(kuò)展總線，它將地址線、控制線、電源線合為一根信號線，允許在這根線上掛數(shù)百個(gè)測控對象。在單總線上掛接的測控對象使用的芯片，每個(gè)都有一個(gè)64位的rom（也稱之為身份證號碼），確保掛接在單總線上后，可以被唯一地識別出來，這是定位和尋址器件實(shí)現(xiàn)單總線測控功能的前提條件。rom中含crc校驗(yàn)碼，能確保數(shù)據(jù)交換可靠；芯片內(nèi)還有收、

46、發(fā)控制和電源存儲電路，一般不用另附電源。這些在控制地點(diǎn)就把模擬信號數(shù)字化，單總線上傳送的是數(shù)字信號，使系統(tǒng)的抗干擾力好，可靠性高。 下面從單總線硬件配置、總線通信協(xié)議和總線信號三個(gè)方面來介紹單總線技術(shù)。（1） 單總線硬件配置單總線系統(tǒng)只定義了一根信號線?？偩€上的每個(gè)器件都能夠在合適的時(shí)間驅(qū)動它，相當(dāng)于把地址線、數(shù)據(jù)線、控制線合成一根線對外進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。為了區(qū)分這些芯片，廠家在生產(chǎn)每個(gè)芯片時(shí)，都編制了唯一的序列號，通過尋址就能把芯片識別出來，組成一個(gè)自動測控系統(tǒng)，甚至還可以組成一個(gè)微型局域網(wǎng)。廠家對每個(gè)芯片用激光刻錄了一個(gè)64位二進(jìn)制rom代碼。從最低位開始，前8位是族碼，表示產(chǎn)品的分類編號；接

47、著的48位是一個(gè)序列號；最后8位是前6位的crc校驗(yàn)碼（如表3-1）。由于這些芯片采用cmos技術(shù)，耗電量很小(空閑時(shí)幾u(yù)w，工作時(shí)幾mw，從單總線上吸收一點(diǎn)電流儲存在芯片內(nèi)的電容中就可正常工作，故一般不用另附電源。單總線上通常處于高電位(sv左右)，每個(gè)器件都能在需要時(shí)驅(qū)動它。為了避免在不工作時(shí)給總線增加功耗，單總線器件都是漏極開路或者三態(tài)輸出的。當(dāng)單總線上所掛器件超過8個(gè)時(shí)，就需要注意器件的總線驅(qū)動問題。連接單總線電纜是有長度限制的。當(dāng)采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時(shí)，讀取的測溫?cái)?shù)據(jù)將可能發(fā)生錯(cuò)誤；將總線電纜改為雙絞屏蔽電纜時(shí)，正常通信距離可達(dá)150m。2）單總線的總線協(xié)議所有的單總線

48、器件都要遵守嚴(yán)格的通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。單總線協(xié)議定義了復(fù)位脈沖，應(yīng)答脈沖，寫o，寫1，讀0，讀1時(shí)序等幾種信號類型。所有的單總線命令序列(初始化，rom命令，功能命令)都是由這些基本的信號類型組成的。在這些信號中，除了應(yīng)答脈沖外，其他均由主機(jī)發(fā)出同步信號，并且發(fā)送的所有命令和數(shù)據(jù)都是字節(jié)的低位在前。圖4-1是初始化時(shí)序，初始化時(shí)序包括主機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機(jī)發(fā)出的應(yīng)答脈沖。在每一個(gè)時(shí)序中，總線只能傳輸一位數(shù)據(jù)。所有的讀寫時(shí)序至少需要40us，且每兩個(gè)獨(dú)立的時(shí)序之間至少需要lus的回復(fù)時(shí)間。單總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序時(shí)才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，所以，當(dāng)主機(jī)向單總線器件發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬

49、上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便單總線器件能傳輸數(shù)據(jù)。在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序之后，單總線器件能傳輸數(shù)據(jù)。在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序之后，單總線器件才開始在總線上發(fā)送0和1。若單總線器件發(fā)送1，則總線保持高電平，若發(fā)送0，則拉低總線。由于單總線器件發(fā)送數(shù)據(jù)后可保持15us有效時(shí)間，因此，主機(jī)在讀時(shí)序期間必須釋放總線，且必須在15us的采樣總線狀態(tài)，以便接收從機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)。3）總線信號單總線傳送的數(shù)據(jù)或命令是由一系列的時(shí)序信號組成的，單總線上共有4種時(shí)序信號：初始化信號、寫0信號、寫1信號、讀信號。各器件的數(shù)據(jù)手冊對這4種波形參數(shù)都作了具體要求，設(shè)計(jì)中應(yīng)保證指令執(zhí)行時(shí)間小于或等于時(shí)序信號中的最小時(shí)間。 圖 4-1初始化時(shí)序圖

50、圖4-2寫時(shí)序圖 圖4-3 讀時(shí)序圖4.1.2 ds18b20溫度采集程序設(shè)計(jì) ds18b20以單總線協(xié)議工作，單片機(jī)首先發(fā)送復(fù)位脈沖，使信號線上的ds18b20被復(fù)位，接著發(fā)送rom操作指令，使ds18b20被激活進(jìn)入接受存儲器訪問命令狀態(tài)。存儲器訪問命令完成溫度轉(zhuǎn)換、讀取等工作（單總線在rom命令發(fā)送之前存儲和控制命令不起作用）。 系統(tǒng)以rom命令和存儲器命令的形式對dsl8b20操作。rom操作命令均為8位，命令代碼分別為：讀rom(33h)、匹配rom(55h)、跳過rom(cch)、搜索rom(foh)和告警搜索(ech)命令。存儲器操作命令為：寫暫存存儲器(4eh)、讀暫存存儲器(

51、beh)、復(fù)制暫存存儲器(48h)、溫度變換(44h)、重新調(diào)出ezpram(b8h)和讀電源供電方式(b4h)命令。 寫數(shù)據(jù)：將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號。在15us之內(nèi)將所需寫的位送到數(shù)據(jù)線上，在15us到60us之間對數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣，如果采樣為高電平，就寫1，如果為低電平寫0。在開始另一個(gè)寫周期前必須有l(wèi)us以上的高電平恢復(fù)期。讀數(shù)據(jù)：主機(jī)將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平lus以上，再使數(shù)據(jù)線升為高電平，從而產(chǎn)生讀起始信號。主機(jī)在讀時(shí)間片下降沿之后15us內(nèi)完成讀位。每個(gè)讀周期最短的持續(xù)期為60us，各個(gè)讀周期之間也必須有l(wèi)us以上的高電平恢復(fù)期。 溫度采集流程圖如圖4-4所示：

52、 開始結(jié)束不向ds18b20發(fā)送初試化命令發(fā)送cch，跳過rom命令發(fā)送44h，啟動溫度轉(zhuǎn)換發(fā)送beh，準(zhǔn)備度溫度初始化成功讀出溫度，數(shù)據(jù)保存是 圖4-4溫度采集流程圖 主要代碼如下： 1.初始化 初始化是dsl8b20的底層基本操作之一。通過單線總線進(jìn)行的所有操作都是從一個(gè)初始化序列開始。初始化序列包括一個(gè)由控制器發(fā)出的復(fù)位脈沖及其后由dsl8820發(fā)出的存在脈沖。存在脈沖讓控制器知道dsl8b20在總線上且己做好操作準(zhǔn)備。源碼如下：init_ds18b20(void)dq=1； /dq復(fù)位delay(10)； /稍做延時(shí)。dq=0； /單片機(jī)將dq拉低。delay(100)； /延時(shí)大于4

53、80us。dq=i； /拉高總線。delay(10)；presencc=dq； 如果=o則初始化成功=l則初始化失敗。delay(120)；dq=1；return(presence)；返回信號，0=存在，1=不存在。2.寫數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)寫是ds18b20的底層基本操作之一，所有的指令、數(shù)據(jù)發(fā)送均有該操作完成。ds18b20的寫操作是逐位進(jìn)行的，源碼如下：writeonechar(unsigned char dat)unsigned char i；i=o；for(i=0；i=1;/數(shù)據(jù)右移。 3.讀數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)寫是ds18b20的底層基本操作之一，所有的指令、數(shù)據(jù)發(fā)送均有該操作完成。ds18b20的讀操作是逐位進(jìn)行的，源碼如下：readonechar(void)u