【正文】 應用的需求，產生了兩個不同的發(fā)展方向：一個是高速度、大容量、高性能；另一個是穩(wěn)定可靠、微型、廉價。隨著科技的發(fā)展，今后的其品種將更多、功能更強，集成度、可靠性更高，功耗更低，使用也將更加方便。此外，專用化也是單片機的一個發(fā)展方向，相信針對單一用途的單片機也會越來越多。 單片機技術的應用 目前單 片機的應用已深入到國民經濟的各個領域，對各個行業(yè)的技術改造和產品的更新?lián)Q代起到重要作用。 單片機廣泛應用于實驗室、交通運輸工具、計量等各種儀器儀表之中，使儀表智能化，提高他們測量精度，加強其功能，簡化儀器儀表的結構，便于使用、維 5 護和改進。單片機也廣泛用于各種實時控制系統(tǒng)之中，如對工業(yè)上各種窯爐的溫度、酸度、化學成分的測量和控制。將測量技術、自動控制技術以及單片機技術結合，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)處理和實時控制功能， 使 系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài)，提高系統(tǒng)的生產效率和產品質量。在航空、通信、遙控、遙測和遙感等各種實時控制系統(tǒng)中很多 產品可以用單片機作為控制器 【 3】 。 單片機在家用電器等消費電子類領域的應用也是相當廣泛的。單片機應用到消費電子類產品中，能大大提高他們的性價比，因而受到用戶的青睞，提高產品在市場的競爭力。目前家用電器幾乎都是單片機控制的產品，如空調、洗衣機、冰箱等。 單片機的選型 本設計選用的單片機是宏晶科技有限公司生產的 STC89C52 型單片機。其包含Intel 8051 的基本功能模塊：相同或相似的 8 位 CPU， 8K FLASH ROM， 256 字節(jié)RAM 數(shù)據(jù)存儲器， 4 個 8 位并行口， 3 個 16 位定時器 T0、 T T3，一 個異步串行口 UART。 STC89C52 優(yōu)點 是很 低 的功耗，分為掉電模式，其一般 功耗 為 ，可 以被 外部中斷 激活，中斷結束 后，繼續(xù)執(zhí)行 其 原 來的程序；空閑模式一般的 功耗 為 2mA；在 正常工作模式 時，其 典型功耗 4mA7mA。 而且還具有 超強 的 抗干擾性能 。 單片機的最小系統(tǒng)是由振蕩電路和復位電路組成。最小系統(tǒng)電路圖如圖 。 6 圖 單片機最小系統(tǒng) 7 4 DALLAS公司的單總線 單總線系統(tǒng)（ 1Wire Bus）是美國 DALLAS 半導體 公司獨創(chuàng)的單片機外設總線，僅需一個信號線就可在單片機與 外設芯片之間實現(xiàn)尋址和數(shù)據(jù)交換。它采用單根信號線，既可傳輸時鐘，又能傳輸數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的。因而這種單總線技術具有線路簡單、硬件開銷少，且能傳輸數(shù)據(jù)、便于總線擴展與維護等。 硬件結構和連接 單總線需要一個大約 5 千歐的上拉電阻，這樣，在空閑狀態(tài)時總線為高電平。由于連接在單總線系統(tǒng)中的每個器件都是通過一個三態(tài)門或開漏極連接在單總線上，這就使得每個器件都可以釋放總線，而讓另一個器件來使用。但某個器件不用總線傳輸數(shù)據(jù)時，它釋放 總線 后，就可由另一個器件來使用總線傳輸數(shù)據(jù)。使總線保持低電平的時間超過 480μ s時，總線上的所有器件都會被復位。 單總線的工作原理 【 2】 單總線系統(tǒng)是一個單主機的主從系統(tǒng)。由于他們是主從結構的，所以只有在主機呼叫從機，從機才能應答。主機在訪問單總線器件時要經過初始化單總線器件、識別單總線器件和交換數(shù)據(jù)這三個步驟才能實現(xiàn)對從器件控制。因此，在單總線系統(tǒng)中規(guī)定了初始化命令、 ROM命令和功能命令三種命令，主機通過這三種命令來訪問從器件，且必須嚴格按照初始化命令、 ROM 命令和功能命令這個順序來進行，如果出現(xiàn)混亂，單總線器件將不會對主機產生響應。 初始化命令，單總線上的所有操作都是從 初始化開始。初始化是由主器件發(fā)出一個初始化脈沖，單總線上所接的上拉電阻使得總線在空閑狀態(tài)時為高電平。單總線操作必須從空閑狀態(tài)開始，但單總線上加的低電平超過 480μ s 時，總線上的所有器件都復位，主器件發(fā)出復位脈沖，然后釋放總線改為接受狀態(tài)，總線被上拉電路拉到高電平。在檢測到此上升沿后，掛接在單總線上的各從器件在接收到此命令后，會發(fā)出應答脈沖，表明從器件已經做好準備 ，當 主器件收到應答脈沖后接著發(fā)出 ROM 命令和功能命令。從器件 DS18B20 要等待 15~60μ s 才向主器件發(fā) 8 回應答脈沖。 ROM命令，其功能主要是實現(xiàn) 對單總線器件的識別。當主器件檢測到一個應答脈沖后，就發(fā)出一個 ROM 命令。如果在單總線上有幾個從器件，那么主器件就可根據(jù)從器件唯一的 64位 ID 代碼，確定與哪個從器件對話。 ROM 命令還可以使主器件判斷當前總線上有幾個從器件。單總線共有五種 ROM 命令，每個 ROM 命令的長度為一字節(jié)，表 。 表 ROM命令說明 ROM命令 說明 搜索 ROM（ F0H） 識別單總線上所有單總線器件的 ID碼 讀 ROM（ 33H） （僅適用單節(jié)點） 直接讀單總線器件的 ID代碼 匹配 ROM（ 55H） 尋找與制定 ID代碼 相匹配的單總線器件 跳過 ROM(CCH) 僅適用單節(jié)點 使用該命令可直接訪問總線上從機設備 報警搜索 ROM(ECH)（僅少數(shù)期間支持） 搜索有報警的從機設備 單總線通信協(xié)議 在單總線系統(tǒng)中 ，為確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾蜏蚀_，單總線通信協(xié)議定義了初始化脈沖、應答脈沖、寫 0 脈沖、寫 1 脈沖和讀脈沖五種信號類型。除了應答脈沖是由從器件發(fā)出的外，其余信號均由主器件發(fā)出。所有單總線命令序列（初始化命令、 ROM 命令和功能命令）都是 由 這些基本的信號類型組成，并且發(fā)送的所有命令和數(shù)據(jù)字節(jié)都是 低 位在前。主器件在寫脈 沖期間向從器件寫入數(shù)據(jù)，在讀脈沖 9 期間由從器件讀出數(shù)據(jù)。在每個脈沖期間只能讀或寫一位數(shù)據(jù)。在單總線通信協(xié)議中，將完成傳輸一位的時間稱為一個時隙。字節(jié)傳輸可通過多次調用位操作來實現(xiàn)。 初始化脈沖是由主器件單片機發(fā)出一個持續(xù)時間超過 480 微秒的低電平，然后主器件釋放總線進入接受狀態(tài)等待從器件的應答，這時總線被上拉電阻提升至高電平，從器件 DS18B20 在檢測到上升沿后，等待 15~60μ s 將總線拉低保持 60~240μ s 作為應答。 讀 /寫時隙，主器件通過“寫時隙”寫數(shù)據(jù)到 DS18B20 中，然后通過“讀時隙”由 DS18B20 讀出數(shù)據(jù)。無論讀時隙還是寫時隙，都是從器件拉低總線至少 1μ s 開始的。每個時隙只能傳輸一位數(shù)據(jù)，一個時隙持續(xù)至少 60μ s。兩個時隙的間隔時間 T 要大于 1μ s。 寫時隙，主器件用“寫 1”時隙給 DS18B20 寫入邏輯 1， 用“寫 0”時隙給DS18B20 寫入邏輯 1μ s開始一個寫時隙。要產生“寫 1”時隙，主器件必須在拉低總線之后的 15μ s 內釋放總線，這時上拉電阻會抬高總線；要產生“寫 0”時隙，主器件要在拉低總線之后的整個寫時隙周期內一直保持低電平不變。 DS18B20 在主器件 產生 寫時隙后的 15~60μ s 窗口時間段內采樣總線。 讀時隙， DS18B20 在主器件發(fā)出有關讀命令后，才能發(fā)數(shù)據(jù)給主器件。主器件在發(fā)出讀命令之后，必須立即產生讀時隙。主器件拉低總線至少 1μ s 開始一個讀時隙，然后立即釋放總線，接著 DS18B20 會發(fā)出數(shù)據(jù)到總線， DS18B20 拉低總線數(shù)據(jù)為 0，釋放總線數(shù)據(jù)為 1（由上拉電阻抬高總線）。該數(shù)據(jù)在讀時隙開始后 15μ s 內有效，因此主器件必須在此期間采樣總線，讀出數(shù)據(jù)。 10 5 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 簡介 DS18B20 是 DALLAS 公司推出的數(shù)字溫度傳感器，直接輸出 9~12 位的 數(shù)字溫度值，含有一個非易失性存儲器保存上下限報警器。 DS18B20 使用單總線系統(tǒng)，僅需一根數(shù)據(jù)線即可實現(xiàn)與微處理器之間通信。工作溫度范圍是 55~+125℃ ，溫度測量數(shù)據(jù)在 10~+85℃ 范圍內精度達到 ℃ 。每個 DS18B20 都具有一個唯一的 64位 期間識別碼，這樣可使多個 DS18B20 掛在同一條單總線系統(tǒng)上，并由一個微處理器來控制這些分布在一個較大區(qū)域內很多 DS18B20。 DS18B20 的引腳封裝和性能 常用的 DS18B20 采用與普通三極管相同的 TO92 封裝形式，另外也有 8 引腳的SO和 μ SOP封裝。 TO92和封裝如圖 所示 【 6】 。 （ a） TO92封裝 （ b） 8引腳 SO封裝 圖 DS18B20的引腳封裝 11 DS18B20 的內部結構 圖 是 DS18B20 的內部結構圖 【 6】 。 64 位 ROM 存儲 DS18B20 的唯一器件識別碼，中間結果暫存器中有兩字節(jié)用來暫存溫度傳感器測得的溫度數(shù)據(jù)。溫度報警上、下限寄存器各占一字節(jié)，還有一個配置字節(jié)由用戶自己來設定溫度 數(shù)據(jù)的位數(shù)（ 9， 10， 11 和 12 位），這三個字節(jié)都是 EEPROM 非易失性存儲器，即使在系統(tǒng)掉電時數(shù)據(jù)也不會丟失。 DS18B20 使用 DALLAS 公司獨創(chuàng)的單總線系統(tǒng)，只需一根控制信號線就可通信。在單總線系統(tǒng)中，所有器件都通過一個三態(tài)門或開漏極連接在單總線上，因此該總線需要一個上拉電阻。微處理器通過每個器件的識別碼來識別器件。 DS18B20 的核心是它的直接數(shù)字溫度傳感器，該傳感器分辨率可設置為 9， 10，11和 12 位，分別對應于 ℃ ， ℃ ， ℃ ， ℃ 的溫度增量 ， 上電后分辨率默 認為 12 位的。 DS18B20 在上電后并不工作，而是處于休閑狀態(tài)，主機只有發(fā)出一個轉換 T 命令才能使它進入溫度測量和 A/D 轉換狀態(tài)，轉換完成后就會有兩字節(jié)的溫度測量值存入中間結果暫存器，同時 DS18B20 又重新返回到休閑狀態(tài)。 圖 DS18B20 的內部結構 12 DS18B20 在單片機系統(tǒng)中應用電路 圖 是使用單片機（ STC89C52）來訪問單總線器件 DS18B20 溫度傳感器的電路圖 【 6】 。 圖 DS18B20在單片機系統(tǒng)中應用 DS18B20 的功能命令 【 12】 和所有單 總線器件一樣，訪問 DS18B20 也需要初始化、 ROM 命令和功能命令這三個步驟。主機通過 ROM 命令確定 DS18B20 后，即可給 DS18B20 發(fā)出功能命令來啟動溫度轉換、決定 DS18B20 的供電方式以及向 DS18B20 的中間結果寄存器寫入數(shù)據(jù)或者讀出數(shù)據(jù)，下面介紹其功能命令。 啟動溫度轉換命令（ Convert T），該命令啟動一次溫度轉換，隨后轉換結果存入中間結果暫存器的兩字節(jié)溫度寄存器中，然后 DS18B20 又返回到其休閑狀態(tài)。若 DS18B20 是由外部供電的，那么主機就可在該命令之后進入讀時隙， DS18B20 根據(jù)轉換完成與否做出反應，如果轉換還在進行中則給主機發(fā) 0，否則發(fā) 1。但寄生供電無此功能。 讀中間結果暫存器命令（ Read Scratchpad），該命令讓主機讀出 DS18B20 中間結果暫存器內的 9 個字節(jié)，由最低字節(jié)開始一直讀到第 9 字節(jié)。如果需要部分數(shù)據(jù)，主機可在讀取過程中的任何時間發(fā)初始化命令，使該命令終止。 13 寫中間結果暫存器命令（ Write Scratchpad），該命令讓主機寫三個字節(jié)到DS18B20，第一個字節(jié)被寫入 TH 寄存器，第二個字節(jié)被寫入 TL寄存器，第三個字節(jié)被寫入配置寄存器。發(fā)送時字節(jié)低位 先發(fā)。 復制中間結果暫存器命令（ Copy Scratchpad），復制中間結果暫存器 TH,TL 和配置寄存器數(shù)據(jù)到 EEPROM。若采用寄生供電方式，則主機在發(fā)出該命令之后最長10μ s 內必須使總線至少保持 10ms 的高電平。 回傳 EEPROM 內容命令（ Recall E2），該命令執(zhí)行由 EEPROM 回傳 TH， TL和配置寄存器數(shù)據(jù)到中間結果寄存器的第 2， 3， 4 字節(jié)。跟隨 Recall E2 命令后，主機可進入讀時隙。與啟動溫度轉換命令類似， DS18B20 可根據(jù)回傳完成與否做出反應，若回傳尚在進行之中則給主機發(fā) 0，若回 傳已完成則發(fā) 1。DS18B20 上電時自動進行回傳 EEPROM 內容的操作，以便器件在通電后使中間結果暫存器中的數(shù)據(jù)立即有效。 讀電源類型命令（ Read Power Supply），主機在發(fā)出該命令后緊跟一個讀時隙，以便判斷在總線上是否有寄生供電的器件。在讀時隙期間，寄生供電的 DS18B20 會拉低總線，外部供電的 DS18B20 會繼續(xù)保持總線高電平。 14 6 nRF905無線數(shù)傳芯片簡介 挪威 NORDIC 公司推出 了一種單片射頻芯片是本次系統(tǒng)設計的核心 ， 此芯片 工作 于 ~ 電壓范圍內 ， 使用 433MHz/868MHz/915MHz 的 ISM 頻段，頻道轉換時間小于 650μ s，數(shù)據(jù)傳輸速率 最大 為 100Kb/s。 nRF905 的內部結構是 頻率合成器、接收解調器、功率放大器、晶體振蕩器和 GFSK 調制器等組成 。 此外，功耗較低 。由于其收發(fā)可靠，使用方便，所以在工業(yè)控制、消費電子各領域都具有廣闊的應用前景。 芯片內部結構與封裝 nRF905 片內集成了電源管理、晶體振蕩器、低噪聲放大器、頻率合成器和功率放大器等模塊，曼徹斯特