【文章內(nèi)容簡介】 準輸入引腳。 下圖 為 ATMEGA16 引腳功能圖 基于無線傳輸?shù)膫}庫多點溫度智能監(jiān)控系統(tǒng)設計 11 圖 ATMEGA16 引腳功能圖 AVR與其他 8位單片機的比較 ，具備 1MIPS/MHz 的高速運行處理能力； （ RISC），具有 32 個通用工作寄存器，克服了如 8051 MCU采用單一 ACC 進行處理造成的瓶頸現(xiàn)象； 、單周期指 令系統(tǒng)，大大優(yōu)化了目標代碼的大小、執(zhí)行效率，部分型號 FLASH 非常大，特別適用于使用高級語言進行開發(fā)； 4. 作輸出時與 PIC 的 HI/LOW 相同，可輸出 40mA（單一輸出），作輸入時可設置為三態(tài)高阻抗輸入或帶上拉電阻輸入，具備 10mA20mA 灌電流的能力； RC 振蕩器、上電自動復位、看門狗、啟動延時等功能，外圍電路更加簡單，系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠； AVR 片上資源豐富：帶 E2PROM， PWM， RTC， SPI， UART， TWI，ISP， AD， Analog Comparator， WDT 等； 分 AVR 除了有 ISP 功能外，還有 IAP 功能，方便升級或銷毀應用程序。 ATMEGA16單片機最小系統(tǒng)電路 下圖 為 ATMEGA16 單片機最小系統(tǒng)典型電路圖，主要由時鐘電路及復位電路組成。 基于無線傳輸?shù)膫}庫多點溫度智能監(jiān)控系統(tǒng)設計 12 圖 ATMEGA16 單片機最小系統(tǒng)電路圖 LCD顯示模塊的設計 1602字符液晶簡介 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式 LCD，工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示 16X2 即 32 個字符（ 16 列 2 行）。注：為了表示的方便 ，后文皆以 1 表示高電平， 0 表示低電平。一 般 1602 字符型液晶顯示器實物如圖 。 圖 1602 實物圖 1602管腳說明 基于無線傳輸?shù)膫}庫多點溫度智能監(jiān)控系統(tǒng)設計 13 1602 字符型 LCD 通常有 14 條引腳線或 16 條引腳線的 LCD，多出來的 2 條線是背光電源線， VCC(15 腳 )和地線 GND(16 腳 )，其控制原理與 14 腳的 LCD 完全一樣。具體管腳說明見下 表 。 表 1602 管腳定義表 字符集 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM)已經(jīng)存儲了 160 個不同的點陣字符圖形，這些字符有：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，每 一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母 “A”的代碼是01000001B（ 41H），顯示時模塊把地址 41H 中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母 “A”。因為 1602 識別的是 ASCII 碼，試驗可以用 ASCII 碼直接賦值，在單片機編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如 39。A39。下 圖 是 1602 的 16進制 ASCII 碼 圖 ： 基于無線傳輸?shù)膫}庫多點溫度智能監(jiān)控系統(tǒng)設計 14 圖 1602 的 ASCII 碼 圖 讀的時候，先讀上面那列，再讀左邊那行，如：感嘆號的 ASCII 為 0x21，字母 B 的 ASCII 為 0x42（前面加 0x 表示十六進制）。 顯示地址 下圖 為 1602 顯示地址圖 基于無線傳輸?shù)膫}庫多點溫度智能監(jiān)控系統(tǒng)設計 15 圖 1602 顯示地址圖 基本的讀寫時序圖 讀寫操作時序如圖 所示： 圖 1602 讀寫操作時序 圖 1602與單片機連接 下圖 為連接圖 基于無線傳輸?shù)膫}庫多點溫度智能監(jiān)控系統(tǒng)設計 16 圖 1602 與單片機連接圖 無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的設計 無線模塊的相關參數(shù) XL02232AP1 是 UART 接口半雙工無線傳輸模塊，可以工作在 433MHz 公用頻段。此模塊專為用于各種串口之間的無線通訊，如電腦，單片機，各種機器設備串口等，完全兼容有 線通訊串口協(xié)議，使用簡單方便靈活。 XL02232AP1 的各項參數(shù)及技術(shù)指標（表 ）： 工作頻率在 － （默認 ） 可設置 ID：范圍 0－ 65535 默認 ID:12345 串口速率 (默認 ) 數(shù)據(jù)格式 8N1 表 XL02232AP1 參數(shù)及技術(shù)指標 表 工作頻率 － 調(diào)制方式 FSK 發(fā)射功率 0dBm /5dBm /10dBm /15dBm(默認 15dBm) 基于無線傳輸?shù)膫}庫多點溫度智能監(jiān)控系統(tǒng)設計 17 接收靈敏度 110dBm 工作電壓 +5V 諧波 60dBc 雜散 60dBm 串口速率 發(fā)射電流 24mA@0dBm、 29mA@5dB、 38mA@10dBm、45mA@15dBm 接收電流 16mA 接口數(shù)據(jù)格式 8N1 用戶接口方式 TTL 工作溫度 30℃ ~70℃ 工作濕度 10%~90%相對濕度，無冷凝 外形尺寸 24mm40mm XL02232AP1的接口電路說明 下圖 為 無線模塊的接口連接電路圖。該模塊共 7 個引腳，各引腳定義如下： 引腳 1： VCC，接 +5V 引腳 2： GND，接地 引腳 3： TXD，串口信號發(fā)送端，接單片機的 RXD 引腳 4： RXD，串口信號接收端，接單片機的 TXD 引腳 5： SET，模塊內(nèi)部參數(shù)設置端，低電平有效 引腳 6： GND，接地 引腳 7： NC，空腳 基于無線傳輸?shù)膫}庫多點溫度智能監(jiān)控系統(tǒng)設計 18 圖 無線模塊的接口連接電路圖 數(shù)據(jù)采集模塊 溫度傳感器 DS18B20簡介 DS18B20 是 DALLAS 公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有 3 引腳 TO－92 小體積封裝形式，溫度測量范圍為－ 55℃ ～＋ 125℃ ,可編程為 9 位～ 12 位 A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達 ℃ ，被測溫度用符號擴展的 16 位數(shù)字量方式串行輸出，其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生，多個 DS18B20可以并聯(lián)到 3 根或 2 根線上， CPU 只需一根端口線就能與諸多 DS18B20 通信 (每個溫度傳感 器的 ROM 里有不同的識別號碼），占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點使 DS18B20 非常適用于遠距離多點溫度檢測系統(tǒng)。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示，主要由 4 部分組成： 64 位 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。 DS18B20 的管腳排列如圖 所示， DQ 為數(shù)字信號輸入／輸出端； GND 為電源地； VDD 為外接供電電源輸入端。 ROM 中的 64 位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼，每個 DS18B20 的 64 位序列號均不相同， ROM 的作用是使每一個DS18B20 都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個 DS18B20 的目的。 基于無線傳輸?shù)膫}庫多點溫度智能監(jiān)控系統(tǒng)設計 19 圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 圖 DS18B20 管腳 圖 DS18B20的主要特性 （ 1）適應電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。 （ 2）獨特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即 可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 （ 3） DS18B20 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。 （ 4） DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。 （ 5）溫范圍－ 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10～ +85℃ 時精度為 177?！?。 （ 6）可編程的分辨率為 9～ 12 位，對應的可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、 ℃和 ℃ ，可實現(xiàn)高精度測溫。 （ 7）在 9 位分辨率時最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時最多在750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。 （ 8）測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以 一線總線 串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC 校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力。 （ 9）負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 DS1820使用中注意事項 基于無線傳輸?shù)膫}庫多點溫度智能監(jiān)控系統(tǒng)設計 20 DS1820 雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點。 但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題： 較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于 DS1820 與微處理 器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對 DS1820 進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用 PL/M、 C 等高級語言進行系統(tǒng)程序設計時，對DS1820 操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。 在 DS1820 的有關資料中均未提及單總線上所掛 DS1820 數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個 DS1820，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛 DS1820超過 8 個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設計時要加以注意。 連接 DS1820 的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普 通信號電纜傳輸長度超過 50m時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達 150m，當采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。因此，在用 DS1820 進行長距離測溫系統(tǒng)設計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。 在 DS1820 測溫程序設計中，向 DS1820 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS1820 的返回信號，一旦某個 DS1820 接觸不好或斷線，當程序讀該 DS1820 時，將沒有返回 信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行 DS1820 硬件連接和軟件設計時也要給予一定的重視。 聲光電路設計 聲控電路設計 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成，當接通電源后（ ~15V 直流工作電壓），多諧振蕩器起振 ,輸出 ～ 的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，基于無線傳輸?shù)膫}庫多點溫度智能監(jiān)控系統(tǒng)設計 21 振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場，振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。下圖 為聲控電路圖。 圖 聲控電路圖 光控電路設計 發(fā)光二極管簡稱 LED，采用砷化鎵、鎵鋁砷、和磷化鎵等材料制成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu) 為一個 PN 結(jié)，具有單向?qū)щ娦?。當在發(fā)光二極管 PN 結(jié)上加正向電壓時， PN結(jié)勢壘降低，載流子的擴散運動大于漂移運動，致使 P 區(qū)的空穴注入到 N 區(qū)， N區(qū)的電子注入到 P 區(qū)，這樣相互注入的空穴與電子相遇后會產(chǎn)生復合，復合時產(chǎn)生的能量大部分以光的形式出現(xiàn)，因此而發(fā)光。發(fā)光二極管在制作時，使用的材料有所不同，那么就可以發(fā)出不同顏色的光。 發(fā)光二極管的發(fā)光顏色有：紅色光、黃色光、綠色光、紅外光等。發(fā)光二極管的外形有：圓形、長方形、三角形、正方形、組合形、特殊形等。常用的發(fā)光二極管應用電路有四種，即直流驅(qū)動電路、交流驅(qū)動電路、脈 沖驅(qū)動電路、變色發(fā)光驅(qū)動電路。使用 LED 作指示電路時，應該串接限流電阻，該電阻的阻值大小應根據(jù)不同的使用電壓和 LED 所需工作電流來選擇。 發(fā)光二極管的壓降一般為~ V，其工作電流一般取 10~20 mA 為宜。下圖 為光控電路設計。 基于無線傳輸?shù)膫}庫多點溫度智能監(jiān)控系統(tǒng)設計 22 圖 光控電路圖 上位機接口模塊的 設計 如果在傳遞字節(jié)的過程中組成字節(jié)的所有比特在總線上一個接一個地順序傳輸，這種方式叫串行通信。串行通信又分為異步串行通信和同步串行通信，異步方式下，每發(fā)送一個字節(jié)都需要在接收和發(fā)送方進行數(shù)據(jù)同步，因此速度低，但可靠性高。而同步串行通信則分面向字符、面向比特和面向字節(jié)三種，一次傳遞一個由若干字節(jié)（或比特、字符）組成的數(shù)據(jù)塊，并且具有通信控制字。 串行異步通信 在異步通信中，連接線不包括時鐘線，時鐘信號由發(fā)送端和接收端各自提供。因為連接的每一端都提供自己的時鐘信號，所以每個中斷的時鐘頻率必須保持一致，否則將產(chǎn)生失步。每個傳輸?shù)淖止?jié)都用一個起始位來與時鐘同步，以及一個或幾個停止位來表示傳輸字節(jié)的結(jié)束。串口通信中大多采用異步通信，如 PC上的RS232C端口所使用