【正文】 應(yīng)用的需求，產(chǎn)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(qiáng)，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(jī)的一個發(fā)展方向，相信針對單一用途的單片機(jī)也會越來越多。 單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用 目前單 片機(jī)的應(yīng)用已深入到國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，對各個行業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品的更新?lián)Q代起到重要作用。 單片機(jī)廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室、交通運(yùn)輸工具、計(jì)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(qiáng)其功能，簡化儀器儀表的結(jié)構(gòu)，便于使用、維 5 護(hù)和改進(jìn)。單片機(jī)也廣泛用于各種實(shí)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(xué)成分的測量和控制。將測量技術(shù)、自動控制技術(shù)以及單片機(jī)技術(shù)結(jié)合，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)處理和實(shí)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(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在航空、通信、遙控、遙測和遙感等各種實(shí)時控制系統(tǒng)中很多 產(chǎn)品可以用單片機(jī)作為控制器 【 3】 。 單片機(jī)在家用電器等消費(fèi)電子類領(lǐng)域的應(yīng)用也是相當(dāng)廣泛的。單片機(jī)應(yīng)用到消費(fèi)電子類產(chǎn)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(chǎn)品在市場的競爭力。目前家用電器幾乎都是單片機(jī)控制的產(chǎn)品，如空調(diào)、洗衣機(jī)、冰箱等。 單片機(jī)的選型 本設(shè)計(jì)選用的單片機(jī)是宏晶科技有限公司生產(chǎn)的 STC89C52 型單片機(jī)。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(diǎn) 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(jié)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(qiáng) 的 抗干擾性能 。 單片機(jī)的最小系統(tǒng)是由振蕩電路和復(fù)位電路組成。最小系統(tǒng)電路圖如圖 。 6 圖 單片機(jī)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(dǎo)體 公司獨(dú)創(chuàng)的單片機(jī)外設(shè)總線，僅需一個信號線就可在單片機(jī)與 外設(shè)芯片之間實(shí)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(shù)具有線路簡單、硬件開銷少，且能傳輸數(shù)據(jù)、便于總線擴(kuò)展與維護(hù)等。 硬件結(jié)構(gòu)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(fù)位。 單總線的工作原理 【 2】 單總線系統(tǒng)是一個單主機(jī)的主從系統(tǒng)。由于他們是主從結(jié)構(gòu)的，所以只有在主機(jī)呼叫從機(jī)，從機(jī)才能應(yīng)答。主機(jī)在訪問單總線器件時要經(jīng)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(shí)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(jī)通過這三種命令來訪問從器件，且必須嚴(yán)格按照初始化命令、 ROM 命令和功能命令這個順序來進(jìn)行，如果出現(xiàn)混亂，單總線器件將不會對主機(jī)產(chǎn)生響應(yīng)。 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(fù)位，主器件發(fā)出復(fù)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(yīng)答脈沖，表明從器件已經(jīng)做好準(zhǔn)備 ，當(dāng) 主器件收到應(yīng)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(yīng)答脈沖。 ROM命令，其功能主要是實(shí)現(xiàn) 對單總線器件的識別。當(dāng)主器件檢測到一個應(yīng)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(dāng)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(diǎn)） 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(diǎn) 使用該命令可直接訪問總線上從機(jī)設(shè)備 報警搜索 ROM(ECH)（僅少數(shù)期間支持） 搜索有報警的從機(jī)設(shè)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?zhǔn)確，單總線通信協(xié)議定義了初始化脈沖、應(yīng)答脈沖、寫 0 脈沖、寫 1 脈沖和讀脈沖五種信號類型。除了應(yīng)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?qū)懸晃粩?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(diào)用位操作來實(shí)現(xiàn)。 初始化脈沖是由主器件單片機(jī)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(jìn)入接受狀態(tài)等待從器件的應(yīng)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(yīng)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(chǎn)生“寫 1”時隙，主器件必須在拉低總線之后的 15μ s 內(nèi)釋放總線，這時上拉電阻會抬高總線；要產(chǎn)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(nèi)一直保持低電平不變。 DS18B20 在主器件 產(chǎn)生 寫時隙后的 15~60μ s 窗口時間段內(nèi)采樣總線。 讀時隙， DS18B20 在主器件發(fā)出有關(guān)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(chǎn)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(nèi)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(shí)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(nèi)精度達(dá)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(nèi)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(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 是 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 【 6】 。 64 位 ROM 存儲 DS18B20 的唯一器件識別碼，中間結(jié)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(shè)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(dú)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(shè)置為 9， 10，11和 12 位，分別對應(yīng)于 ℃ ， ℃ ， ℃ ， ℃ 的溫度增量 ， 上電后分辨率默 認(rèn)為 12 位的。 DS18B20 在上電后并不工作，而是處于休閑狀態(tài)，主機(jī)只有發(fā)出一個轉(zhuǎn)換 T 命令才能使它進(jìn)入溫度測量和 A/D 轉(zhuǎn)換狀態(tài)，轉(zhuǎn)換完成后就會有兩字節(jié)的溫度測量值存入中間結(jié)果暫存器，同時 DS18B20 又重新返回到休閑狀態(tài)。 圖 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 12 DS18B20 在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用電路 圖 是使用單片機(jī)（ 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(jī)系統(tǒng)中應(yīng)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(jī)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(zhuǎn)換、決定 DS18B20 的供電方式以及向 DS18B20 的中間結(jié)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(zhuǎn)換命令（ Convert T），該命令啟動一次溫度轉(zhuǎn)換，隨后轉(zhuǎn)換結(jié)果存入中間結(jié)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(jī)就可在該命令之后進(jìn)入讀時隙， DS18B20 根據(jù)轉(zhuǎn)換完成與否做出反應(yīng)，如果轉(zhuǎn)換還在進(jìn)行中則給主機(jī)發(fā) 0，否則發(fā) 1。但寄生供電無此功能。 讀中間結(jié)果暫存器命令（ Read Scratchpad），該命令讓主機(jī)讀出 DS18B20 中間結(jié)果暫存器內(nèi)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?jǐn)?shù)據(jù)，主機(jī)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(jié)果暫存器命令（ Write Scratchpad），該命令讓主機(jī)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(fù)制中間結(jié)果暫存器命令（ Copy Scratchpad），復(fù)制中間結(jié)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(jī)在發(fā)出該命令之后最長10μ s 內(nèi)必須使總線至少保持 10ms 的高電平。 回傳 EEPROM 內(nèi)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(jié)果寄存器的第 2， 3， 4 字節(jié)。跟隨 Recall E2 命令后，主機(jī)可進(jìn)入讀時隙。與啟動溫度轉(zhuǎn)換命令類似， DS18B20 可根據(jù)回傳完成與否做出反應(yīng)，若回傳尚在進(jìn)行之中則給主機(jī)發(fā) 0，若回 傳已完成則發(fā) 1。DS18B20 上電時自動進(jìn)行回傳 EEPROM 內(nèi)容的操作，以便器件在通電后使中間結(jié)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(jī)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(shè)計(jì)的核心 ， 此芯片 工作 于 ~ 電壓范圍內(nèi) ， 使用 433MHz/868MHz/915MHz 的 ISM 頻段，頻道轉(zhuǎn)換時間小于 650μ s，數(shù)據(jù)傳輸速率 最大 為 100Kb/s。 nRF905 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是 頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和 GFSK 調(diào)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(fèi)電子各領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)與封裝 nRF905 片內(nèi)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