【正文】 纜和 PC 相連接。對發(fā)送緩沖器寫，即啟動發(fā)送過程。 PC 的接收程序用 TURBO C 完成，利用庫函數(shù) inportb()完成對 8250 端口的寫操作，其具體接收子程序詳見附錄 D。 LCR，同時使其最高位DLAB 為 “0”，選中發(fā)送緩沖器和接受緩沖器，以便后面進行發(fā)送和接收。程序清單見附錄 2?？刂破鞅仨毻ㄟ^使 DATA 為低來確認每一字節(jié)，所有的矢量中從右算 MSB（最高位）列于第一位。后一個命令順序包含 3 個地址位（目前只支持 100 創(chuàng)）和 5 個命令位，通過 DATA 引腳的ACK 位處于低電位來表示 SHT75 正確收到命令。每個字符都有一個 固定的代碼。ATmega64 單片機的端口 PB0， PB1， PB2 分別連接按鍵 KEY1~KEY3。 26PCB壓力傳感器簡介 ： ? 供電電源： 016VDC ? 壓力量程： ? 輸出信號： mV 電壓信號 ? 工作溫度： 40℃ 80℃ ? 溫度補償： 26PC 系列溫度補償 050℃ ? 壓力形式：表壓 (G)，差壓 (D)，絕壓 (A) ? 線性遲滯： % ： ? 專利的導電密封彈性連接系統(tǒng)消除了傳統(tǒng)的導線粘結和帶狀連接 ? 專利的 Snaptogether 結構導致了多樣化的測量孔形式 ? 最低價格的帶溫度補償和校整的小型封裝壓力傳 感器 ? 不同的引腳可選（ 1x4 或 2x2） xx 大學學士學位論文 19 ? 可以測量負壓和正壓 ? 激光刻蝕電阻保證極好的器件一致性 ， 芯片引腳如圖 310 所示 。 D A T A4S C K1V C C2GND3S H T 7 5R11 0KP C 4P C 3V C C 圖 39 ATmega64 與 SHT75 硬件連接圖 壓力采集端設計 ATmega64單片機概述 壓 智能化、數(shù)字化和控制技術的發(fā)展，特別是智能化數(shù)字壓力傳感器的問世，促進了數(shù)字壓力計的新發(fā)展，在國內(nèi) 外市場上先后出現(xiàn)了各種高精度的手動或自動控制的數(shù)字壓力計。按照 I2C 協(xié)議的 接線要求，對 SDA 線接上拉電阻，保證其數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?CPU 向受控單元發(fā)出一個信號 后，等待受控單元發(fā)出一個應答信號， CPU 接收到應答信號后，根據(jù)實際情況做出是否繼續(xù)傳遞信號的判斷，若未收到應答信號，判斷為受控單元出現(xiàn)故障。 I2C 總線的另一個優(yōu)點是支持多主控（ multimastering） ,其中任何能夠進行發(fā)送和接受的設備都可以成為主總線。 圖 中 ATmega64 單片機與 MAX485 的實際位置遠離 PC 機。其中 DTR 和 RTS 是計算機通過 RS232接口送給 Modem 的控制引腳； DSR、 CTS、 DCD 和 RI 是 Modem 通過 RS232送給計算機的狀態(tài)信息引腳。 RS232接口的機械指標 RS232C 標準是美國 EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會 )與 BELL 等公司一起開發(fā)的 ,于1969 年公布的通信協(xié)議，全稱是 EIARS232C。 R11 0 KS1S W P BV C CR E S R T 圖 33 系統(tǒng)復位電路圖 系統(tǒng)電源電路 系統(tǒng)輸入電壓為 12V，通過 LM7805CK 穩(wěn)壓芯片轉換，為系統(tǒng)提供 5V 工作電壓。 ： PEN 為 SPI 串行下載的使能引腳。 PG3 和 PG4 是振蕩器引腳。如果使能了 JTAG 接口，則復位發(fā)生時引腳 PF7（ TDI）、 PF5（ TMS）、和 PF4（ TCK）的上拉電阻使能。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電阻拉低時將輸出電流。 ： ? 53 個可編程 I/O 端口線。 ? 片內(nèi)模擬比較器。 ? 2 路 8 位 PWM。 ? 可以對鎖定位進行編程，以實現(xiàn)軟件加密。 ? 全靜態(tài)工作。片內(nèi) ISP Flash 存儲器可以通過 SPI、通用編程器或引導程序多次編程。 xx 大學學士學位論文 6 第 3章 硬件設計 單片機最小系統(tǒng)設計 ATmega64單片機概述 Atmega64 單片機為基于 AVR RISC 結構的 8 位低功耗 CMOS 微處理器。 xx 大學學士學位論文 3 第 2章 系統(tǒng)總體設計 系統(tǒng)總體設計框架 圖 21 系統(tǒng)總體框架圖 如圖 21，本采集系統(tǒng)以 ATmega64 為微處理器，溫濕度傳感器采用 I2C 總線接口的 SHT75 芯片。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)物理層通信，由于采用 RS485 雙絞線、電力載波、無線和光纖，所以其技術得到了不斷發(fā)展和完善。由于集成電路制造技術的不斷提高，出現(xiàn)了高性能、高可靠性的單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（ DAS）。例如：國際標準 ICE625（ GPIB）接口總線系統(tǒng)就是一個典型的代表。由于該種數(shù)據(jù)采集測試系統(tǒng)具有高速性和一定的靈活性，可以滿足眾多傳統(tǒng)方法不能完成的數(shù)據(jù)采集和測試任務，因而得到了初步的認可。 Atmega64。它的主要功能是完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、控制以及與 PC 機之間的通信等。 論文主要論述對土壤內(nèi)部溫度、濕度、壓力 等 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。 data collect system。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)起始于 20 世紀 50 年代 1956 年美國首先研究了用在軍事上的測試系統(tǒng)，目標是測試中不依靠相關的測試文件，由非熟練人員進行操作，并且測試任務是由測試設備高速自動控制完成的。該階段的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有兩類，一類以儀器儀 表和采集器、通用接口總線和計算機等構成。 20 世紀 90 年代至今，在國際上技術先進的國家，數(shù)據(jù)采集技術已經(jīng)在軍事、航空電子設備及宇航技術、工業(yè)等領域被廣泛應用。 串行總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向分布 式系統(tǒng)結構和智能化方向發(fā)展，可靠性不斷提高。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需采取硬件和軟件方面的抗干擾措施。通過本章可對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在硬件和軟件方面有一個總體的認識 。 Atmega64 單片機元器件是以 ATMEL 公司的高密度非易失性內(nèi)存技術生產(chǎn)的。 ? 32KB*8bit 通用工作寄存器和外設控制寄存器。 ? 多達 64KB 的優(yōu)化的外部存儲器空間。 ? 具有預分頻器的實時時鐘計數(shù)器。 ? 具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器。 ? 全局上拉禁止功能。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。復位發(fā)生時端口 F 為三態(tài)。在 Atmega103 單片機兼容模式下，端口 G 只能作為外部存儲器的所存信號以及 32KHz 振蕩器的輸入，并且在復位時，這些引腳初始化為 PG0= PG1=1 以 及 PG2=0。 ： AREF 為 ADC 的模擬基準輸入引腳。 S1 未按下時，RESET 處于高電平，當 S1 按鍵按下時， RESET 接地，處于低電平，單片機進入復位狀態(tài)，復位電路如圖 33 所示。本設計采用 MAX232 電平轉換芯片進行接口擴展。 基本的數(shù)據(jù)傳送引腳包括 RXD、 TXD、 SG； Modem 的控制引腳狀態(tài)包括DTR、 RTS、 DSR、 CTS、 DCD 和 RI。 MAX485 的管腳定義如表 34 所示： xx 大學學士學位論文 14 表 34 MAX485 管腳定義 管腳 名稱 功能 8 Vcc 電源 5 GND 電源地 1 RO 接收器輸出 2 RE 接收器輸出允許 3 DE 驅動器輸出允許 4 DI 驅動器輸入，當 DI=0，則Y=0， Z=0；當 DI=1，則Y=1,Z=0 6 A 接收器非反向輸入和驅動器非反向輸出 7 B 接收器反向輸出 硬件設計 如圖 36 所示為 MAX485 與 ATmega64 單片機及 PC 機的典型連接示意圖?？偩€的長度可達 25 英尺，并且能夠以 10Kbit/s 的最大傳輸和時鐘頻率支持40 個組件。 ：接收數(shù)據(jù)的 IC 在接收到 8 位數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的 IC 發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。 AT24C64 的串行時鐘線 SCL 與 PD0 相連，串行數(shù)據(jù)線 SDA 與 PD1 相連。按照 I2C 協(xié)議的接線要求，對 DATA 線接上拉電阻，保證其數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴? 根據(jù)以上五點要求，總結出了要選用的傳感器所應該具備的一些參數(shù)要求，如表 37 表 37 傳感器特性 工作溫度 量程 精度 輸出信 號 適用環(huán)境 功耗 30~50℃ 0~ %~%FSO 電壓 固體、液體 低 經(jīng)過反復比較，從候選的幾十種傳感器中篩選了中國大恒（ 集團）有限公司銷售的 26PC 系列無放大帶溫補器的傳感器。為了保證電平的有效性，按照圖 311 的接線方式，對每一路的按鍵都需要加一個上拉電阻。這些字符包括：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號和日文假名等。 ，首先發(fā)出 “傳輸開始 ”命令，命令包括 SCK 為高時， DATA由高電平變?yōu)榈碗娖剑⒃谙乱粋€ SCK 為高時將 DATA 置為高。然后傳送兩字節(jié)測量數(shù)據(jù)和一字節(jié) CRC 校驗和。設置 SHT75 為 +5V電源下， 14 位精度的溫度測量和 12 位精度的濕度采集 。 8250 通訊編程的步驟： ，即寫波特率除數(shù)鎖存器 BRD 先使用線路控制寄存器 LCR的最高位 D7（ DLAB）為 “1”，以選中除數(shù)鎖存器，然后分別將波特率除數(shù)的高8 位和低 8 位 寫入 BRDH 和 BRDL。 完成 PC 和單片機的串行雙工通信，要求單片機發(fā)送的數(shù)據(jù)能顯示在 PC 的屏幕上，采用查詢方式，波特率為 1200，具體發(fā)送流程圖如圖 43 所示。接收數(shù)據(jù)時，先查狀態(tài)寄存器 LSR 的 D1 位（ OE 位），接受數(shù)據(jù)準備好（ OE=1），即說明已接收到一個數(shù)據(jù)，這時可以從接受緩沖器讀入數(shù)據(jù)。 串口通訊過程的順利完成，通訊雙方不但要在硬件接口標準上共同遵守某種約定，而且還必須對數(shù)據(jù)格式、同步方式、傳送速度、傳送步驟、糾錯方式以及控制字符定義等問題作出統(tǒng)一的規(guī)定，即通訊協(xié)議，而這些工作是通過軟件編程實現(xiàn)。 需要注意的是，為使 SHT75 溫升低于 ℃ ，工作頻率不能大于 15%（如： 12 位精確度時每秒最多進行 3 次測量），即對 SHT75 的操作不能過于頻 xx 大學學士學位論文 24 繁，如果傳感器本身溫度升高，將會使測量結果產(chǎn)生較大誤差。 。 D0D1D2D3D4D5D6D7W11 0 KD07D18D29D310D411D512D613D714RS4RW5EN6VDD2B L K15V03B L A16V S S1U7L C D 1 6 0 2RSRWENV C C 圖 313 1602 與單片機連接電路 圖 本章小結 本章詳細介紹了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各硬件模塊的設計思路及過程，包括單片機最小系統(tǒng) 設計 ， 其中電源電路采用 LM7805CK 穩(wěn)壓芯片，時鐘電路采用內(nèi)部時鐘，復位電路采用手動復位方式； 數(shù)據(jù)采集模塊， 其中溫濕度傳感器采用SHT75 芯片，壓力傳感器采用 26PCB 壓力傳感器； 系統(tǒng)輸入輸出模塊及系統(tǒng)與PC 機通信模塊等相關模塊的各芯片電路連接。背光燈有黃綠色、白色等。 這里所說的按鍵采用金屬接觸方式，開 關的原理是觸電導通或斷開，通常采用銅片彈簧作為彈性材料。 派若斯（ Paroscientific）公司的 740 和 760 系列數(shù)字式石英壓力計，由于其 xx 大學學士學位論文 18 精度、穩(wěn)定性、可靠性等性能突出，在國際上被用作壓力傳遞標準。該傳感器將 COMS 芯片技術與傳感器技術結合起來，發(fā)揮出強大的優(yōu)勢互補作用。具有結構緊湊、存儲容量大等優(yōu)點。在 CPU 與被控 IC 之間、 IC 與 IC 之間進行雙向傳輸，最高傳輸速率100Kbit/s。 RS422 與 RS232 電平轉換接口使用 MAX232 和 MAX485 實現(xiàn)。 現(xiàn)在采用 MAX232 芯片中兩路發(fā)送接收中任選一路作為接口。由于通信設備廠商都生產(chǎn)與 RS232C 制式兼容的通信設備，因此，它作為一種標準，目前已在微機通信接口中廣泛采用。 xx 大學學士學位論文 11 V in1 +5 2GND3 圖 34 LM7805 引腳圖 常見的 LM7805CK 的引腳定義如表 31 表 31 LM7805CK 引腳定義 引腳 符號 功能 1 Input 輸入電壓 2 GND 地 3 Output 輸出電壓 標準 RS232接口擴展 大多數(shù)控制系統(tǒng)都是把 PC 機作為上位機，單片機系統(tǒng)作為下位機。 xx 大學學士學位論文 10 系統(tǒng)時鐘電路 AVR 單片機的時鐘信號通常有兩種產(chǎn)生方式：一是內(nèi)部時鐘方式；二是外部時鐘方式，本課題采用內(nèi)部時鐘方式，