【正文】 ll receive passes the place of honor machine with the nonsynchronous string row correspondence method at the same time.Keywords：PICl6F74 low_Power Wireless Digital I2C目 錄摘 要Abstract第一章 選題背景…………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………、國(guó)外現(xiàn)狀及發(fā)展情況 ………………………………………………… ………………………………………………………………………第二章 方案論證 ………………………………………………………………………… …………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… …………………………………………………………………第三章 硬件原理與實(shí)現(xiàn) ………………………………………………………………… PIC系列單片機(jī) ………………………………………………………………… PIC系列微控制器硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)………………………………………… PIC系列微控制器技術(shù)性能特點(diǎn)………………………………………… PIC16F74單片機(jī) ……………………………………………………… ………………………………………………………… ……………………………………………………………… …………………………………………………………………………第四章 技術(shù)要點(diǎn)…………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ………………………………………………………… ……………………………………………… …………………………………………………… ………………………………………………………………… …………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… I2C總線(xiàn)技術(shù) ……………………………………………………………………第五章 軟件設(shè)計(jì) ………………………………………………………………………… …………………………………………………………… PTR4000的軟件編程 …………………………………………………………… ………………………………………………………………… …………………………………………………………………………結(jié)束語(yǔ)………………………………………………………………………………………致 謝………………………………………………………………………………………參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………附錄A程序流程圖…………………………………………………………………………附錄B硬件外觀(guān)圖…………………………………………………………………………附錄C程序清單……………………………………………………………………………附錄D硬件原理圖………………………………………………………………………… 陜西廣播電視大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)第一章 選題背景本課題的研究涉及兩方面內(nèi)容，其一是無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)，其二是數(shù)字化傳感器技術(shù)。對(duì)于多個(gè)傳感器組成的陣列，數(shù)據(jù)融合技術(shù)能夠充分發(fā)揮各個(gè)傳感器的特點(diǎn)，利用其互補(bǔ)性、冗余性，提高測(cè)量信息的精度和可靠性，延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命。因此，戶(hù)用熱量計(jì)是給暖商品化必不可少的工具，也是建筑節(jié)能的一項(xiàng)重要措，隨著供暖事業(yè)的發(fā)展必將得到普遍應(yīng)用。由于受單片機(jī)指令運(yùn)行速度的影響，影響到它的數(shù)據(jù)采集能力，而且它不具有低功耗狀態(tài)，不能滿(mǎn)足低功耗的要求。 方案二:采用RS485接口，它是RS422A的變型，它與RS422A的區(qū)別在于：RS422A為全雙工，采用兩對(duì)平衡差分信號(hào)線(xiàn)；而RS485為半雙工，采用一對(duì)平衡差分信號(hào)線(xiàn)。其高速度（每條指令最快可達(dá)160ns）、低電壓（最低工作電壓可為2V）、低功耗（3V，32kHz時(shí)15181。 (3) 由于采用寬字指令，在相同情況下，程序量大為減少，形成的代碼是一般微控制器的一半。而大多數(shù)其它微控制器都有需要兩個(gè)以上的周期才能改變寄存器的內(nèi)容。所以PIC系列芯片與外部電路和接口效率非常高，可以用來(lái)作為高速I(mǎi)／O控制器。多種硬件中斷 振蕩定時(shí)器，保障振蕩的穩(wěn)定建立 (2)專(zhuān)用寄存器 它又可分成兩類(lèi)：一類(lèi)用于CPU核心操作，另一類(lèi)用于控制外圍功能芯片操作。 OPTION寄存器的設(shè)置是通過(guò)執(zhí)行ORTION指令，把工作寄存器W中的數(shù)據(jù)加載到OPTION寄存器中。PC的值加l后指向返回的地址，再把斷點(diǎn)地址壓棧保護(hù)。ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線(xiàn)上掛接多個(gè)DS18B20的目的。CRC值的比較以及是否進(jìn)行下一步操作完全由總線(xiàn)控制器決定。在此處闡明了與能耗有關(guān)的幾個(gè)參數(shù)和幾種實(shí)現(xiàn)低能耗的措施，簡(jiǎn)要的介紹了何立民教授提出的理想低功耗設(shè)計(jì)思想——零功耗設(shè)計(jì)，講述了本設(shè)計(jì)中是如何實(shí)現(xiàn)低功耗的。動(dòng)態(tài)電壓縮放動(dòng)態(tài)電壓縮放(Dynamic Voltage Scaling，DVS)就是允許電壓調(diào)節(jié)歷程(VoltageScheduler Routine)在運(yùn)行時(shí)改變CPU的操作電壓。也就是說(shuō)，軟件對(duì)系統(tǒng)的能量消耗有很大的影響。在一個(gè)具體應(yīng)用系統(tǒng)中，有效操作的時(shí)空占空比有：宏觀(guān)時(shí)域占空比、宏觀(guān)區(qū)域占空比、微觀(guān)時(shí)域占空比和微觀(guān)區(qū)域占空比。這些技術(shù)基礎(chǔ)可以滿(mǎn)足零功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)的三個(gè)基本要求。首先是CPU的選擇上，PIC系列的CPU具有較寬的操作電壓(2．O～5．5V)，四種可選振蕩方式：低成本阻容(RC)，標(biāo)準(zhǔn)晶體／陶瓷(XT)，高速晶體／陶瓷(HS)，低頻晶體(LP)。所謂數(shù)字濾波，就是通過(guò)一定的計(jì)算或判斷程序減少干擾在由于信號(hào)中的比重。在嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中，按系統(tǒng)有效操作的時(shí)空占空比，實(shí)現(xiàn)按需供給的功耗管理能最有效地、大幅度地降低系統(tǒng)功耗。(3) 對(duì)于系統(tǒng)無(wú)法企及的微觀(guān)有效操作時(shí)空占空比的功耗管理，要求由電路靜、動(dòng)特性來(lái)滿(mǎn)足功耗分配，即電路動(dòng)態(tài)過(guò)程有功耗，電路靜態(tài)時(shí)沒(méi)有功耗。如果系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)沒(méi)有任何功耗浪費(fèi)，那么它的功耗就是系統(tǒng)的理想功耗。74VHC系列是個(gè)不錯(cuò)的選擇。動(dòng)態(tài)電源管理 動(dòng)態(tài)電源管理(Dynamic Power Management，DMP)技術(shù)有選擇的把閑置的系統(tǒng)成分置于低能狀態(tài)，從而有效地利用電能。六、PTR4000與單片機(jī)的接口 圖13 與單片機(jī)的接口電路為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與上位機(jī)之間的串行通信，在硬件結(jié)構(gòu)上采用了單電源轉(zhuǎn)換芯片ICL232，ICL232是一個(gè)雙組驅(qū)動(dòng)／接收器，它內(nèi)含一個(gè)電容性電壓發(fā)生器，可在單5V電源供電時(shí)提供EIA／TIA232E電平，如圖l 4所示。五、CRC發(fā)生器 DS18B20中有8位CRC存儲(chǔ)在64位ROM的最高有效字節(jié)中。二、DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7所示，主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。(1)“GOTO無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令可以直接改變PC的低9位地址(D8D0)值。 (6)PAl、PAO(DD5)(Program Page Preselect)程序存儲(chǔ)器頁(yè)面地址預(yù)選位，對(duì)不同型號(hào)的芯片它們的定義不一樣。 寄存器組可以分成兩大類(lèi)：通用寄存器和專(zhuān)用寄存器。flagsh存儲(chǔ)器。精簡(jiǎn)指令集，僅35條單字節(jié)指令，易學(xué)易用 這4種振蕩方式是：RC型—低成本的RC振蕩器，XT型一標(biāo)準(zhǔn)的石英晶體振蕩器，HS型一高速石英晶體振蕩器和LP型—低功耗低頻石英晶體振蕩器。而在指令流水線(xiàn)結(jié)構(gòu)中，取指和指令執(zhí)行在時(shí)間上是相互重疊的，所以才可能實(shí)現(xiàn)單周期指令。最大限度地提高了每個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期的效率。迄今為止，至少有35家半導(dǎo)體廠(chǎng)商的微控制器進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。方案二：采用PTR4000作為無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊，它含有CRC硬件校驗(yàn)，當(dāng)PTR4000接收到數(shù)據(jù)與攝制的本機(jī)地址一致且CRC效驗(yàn)正確時(shí)，才把接收到的數(shù)據(jù)以中斷方式傳給CPU，誤碼率低，與PTR2000相比較，其可靠性高。即使電源在515V之間變化，其電流只是在l以下作微小變化。目前，國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。 目前，市場(chǎng)上的集成智能傳感器已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)，其發(fā)展方向主要有以下幾個(gè)方面： (1)向微型化發(fā)展； (2)應(yīng)用新的物理現(xiàn)象、化學(xué)反應(yīng)、生物效應(yīng)作為傳感器原理； (3)使用新型材料； (4)向微功耗及無(wú)源化發(fā)展； (5)采用新的加工技術(shù)(如化學(xué)微腐技術(shù)、微機(jī)械加工技術(shù))； (6)向高可靠性、寬溫度范圍發(fā)展。溫度測(cè)量采用一線(xiàn)制數(shù)字溫度傳感器 DS18B20,其體積小，集成度高自帶A/D，功耗低。中央廣播電視大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)審表 題目 數(shù)字化無(wú)線(xiàn)溫度傳感器的分析與設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。處理器選用低功耗單片機(jī)PIC16F74。一 集成智能傳感器四大熱點(diǎn)：1．物理轉(zhuǎn)化機(jī)理 由于集成智能傳感器可以很容易對(duì)非線(xiàn)性的傳遞函數(shù)進(jìn)行校正，得到一個(gè)線(xiàn)性度非常好的輸出結(jié)果，從而消除了非線(xiàn)性傳遞對(duì)傳感器應(yīng)用的制約，所以一些科研工作者正在對(duì)這些穩(wěn)定性好、精確度高、靈敏度高的轉(zhuǎn)換機(jī)理或材料進(jìn)行研究。 進(jìn)入2 1世紀(jì)后，智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開(kāi)發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。但是AD590是集成模擬傳感器，需要進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換才能與控制器連接。本設(shè)計(jì)中采用PTR4000作為無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊。應(yīng)該說(shuō)，每一個(gè)廠(chǎng)商的微控制器能在市場(chǎng)上占有一定份額，肯定有它存在的道理，即各個(gè)不同公司的芯片有它自己的特點(diǎn)才能吸引住有特定要求的部分用戶(hù)。 (2) 高速的指令執(zhí)行時(shí)間，在20MHz時(shí)鐘情況下達(dá)到200ns，在25MHz時(shí)可達(dá)到160ns。只有涉及到改變程序計(jì)數(shù)器PC（Progran Counter）值的程序分支指令（例如GOTO、CALL或?qū)C寫(xiě)操作）等才需要兩個(gè)周期。5 程序代碼加密保護(hù) 具有程度代碼加密保護(hù)功能，可通過(guò)對(duì)片內(nèi)EPROM保密設(shè)置進(jìn)行加密。除地址分支跳轉(zhuǎn)指令(GOTO、CALL)為雙周期指令，其余皆為單周期指令三、微控制器特性 ． 通用寄存器用于指令執(zhí)行中存放數(shù)據(jù)或控制信息；專(zhuān)用寄存器SFR(Special Function Register)包括定時(shí)器、寄存器、程序計(jì)算器PC(Program Counter)、狀態(tài)寄存器SATAUS、I/0寄存器(端口)和(寄存器)組選擇寄存器FSR(File Select Register)等。 對(duì)PIC16C56/57，片內(nèi)有4頁(yè)(2K個(gè)字)程序存儲(chǔ)器，需要2位頁(yè)面預(yù)選地址，故PAl和PAO兩位都作為頁(yè)面預(yù)選地址。當(dāng)程序計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值大于512個(gè)字時(shí)，PC的高2位D10和D9將用狀態(tài)寄存器STATUS中的頁(yè)面選擇位PA1和PAO(D6和D5位)來(lái)加載作為高位地址。DSl8B20的管腳排列如圖8所示，DQ為數(shù)字信號(hào)輸入／輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端(在寄生電源接線(xiàn)方式時(shí)接地)?？偩€(xiàn)控制器可以用64位ROM中的前56位計(jì)算出一個(gè)CRC值，再用這個(gè)和存儲(chǔ)在DSl820中的值進(jìn)行比較，以確定ROM數(shù)據(jù)是否被總線(xiàn)控制器接收無(wú)誤。圖14 串行接口電路該芯片的第2腳輸出大約+9V左右的電壓，該條件在基準(zhǔn)電壓的獲取上將使用。DPM是建立在假設(shè)系統(tǒng)及成分的工作負(fù)載各不相同，且工作負(fù)載的變化能準(zhǔn)確地被預(yù)測(cè)出來(lái)的基礎(chǔ)上的。它不僅耗能少，而且能滿(mǎn)足一般的微處理器的應(yīng)用.低能耗軟件設(shè)計(jì)在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，人們往往會(huì)認(rèn)為只有硬件消耗能量。在一個(gè)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中，由于普遍存在CPU高速運(yùn)行功能和有限任務(wù)處理要求的巨大差異，會(huì)形成系統(tǒng)在時(shí)間與空間上巨大的無(wú)效操作。二、零功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)基礎(chǔ)零功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心技術(shù)，是按系統(tǒng)中有效操作時(shí)空占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)按需分配的功耗管理。對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低功耗設(shè)計(jì)與零功耗設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最小功耗一微功耗。故實(shí)質(zhì)上它是一種程序?yàn)V波。本設(shè)計(jì)的低功耗設(shè)計(jì)貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)的方方面面。因此，實(shí)現(xiàn)零功耗管理必須有相應(yīng)的技術(shù)基礎(chǔ)，這就是CMOS工藝的電路基礎(chǔ)、嵌入式系統(tǒng)實(shí)時(shí)的智能化控制以及具有功耗管理功能的外圍器件。2．應(yīng)用系統(tǒng)中的有效操作時(shí)空占空比如果將系統(tǒng)運(yùn)行中，所有時(shí)間、空間上的有效操作和無(wú)效操作采用時(shí)空占空比來(lái)量化描述，那么，有效操作占空比定義為：有效操作與系統(tǒng)全部運(yùn)行操作之比。在基于微處理器、微控制器的系統(tǒng)中，軟件起到了應(yīng)到硬件活動(dòng)的主導(dǎo)作用。該策略可采用不同方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，如計(jì)數(shù)器、硬件控制器或軟件控制。減少電能消耗不僅能延長(zhǎng)電池的壽命、降低用戶(hù)更換電池的次數(shù)，而且能帶來(lái)提高系統(tǒng)性能與降低系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)的好處，甚至能起到保護(hù)環(huán)境的作用。在任何使用CRC進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸校驗(yàn)的情況下，總線(xiàn)控制器必須用上面的公式計(jì)算出一個(gè)CRC值，和存儲(chǔ)在DS18B20的64位ROM中的值或DS1820內(nèi)部計(jì)算出的8位CRC值(當(dāng)讀暫存器時(shí)，做為第9個(gè)字節(jié)讀出來(lái))進(jìn)行比較。64位ROM的排的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC=X8+X5+X4+1)。 (2)