【文章內(nèi)容簡介】 ，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電 ； （ 2） 獨(dú)特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊 ； （ 3） DS18B20 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能， 多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)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(shí)精度為 177。 ℃； （ 6）可編程的分辨率為 9～ 12 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、℃ 和 ℃ ，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫 ； （ 7）在 9 位分辨率時(shí)最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時(shí)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(shí)可傳送 CRC 校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力 ； （ 9）負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 DS18B20 的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu) [9] DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64 位光刻 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。 6 DS18B20 的外形及管腳排列如下圖 22；其管腳接法如圖 23 DS18B20 引腳定義： (1)DQ 為數(shù)字信號輸入 /輸出端 ，與單片機(jī)的 I/O口相連 ； (2)GND 為電源地； (3)VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地） 。 DS18B20 工作原理 DS18B20 測溫原理如圖 25 所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計(jì)數(shù)器 1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在－ 55℃ 所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器 1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0 時(shí)，溫度寄 存器的值將加1，計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的圖 22 外形及引腳排列圖及芯片封 裝結(jié)構(gòu) 7 脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器 2計(jì)數(shù)到 0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖 25中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值。 數(shù)據(jù)處理模塊 單片機(jī)的選擇原則 [10] 單片機(jī)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，它的選擇將對整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生決定性的影響，一般應(yīng)從如下幾個(gè)方面考慮是否符合控制系統(tǒng)的要求： （ 1)字長； （ 2)尋址范圍和尋址方式； （ 3)指 令種類和數(shù)量； （ 4)內(nèi)部寄存器的種類和數(shù)量； （ 5)單片機(jī)的速度； （ 6)中斷處理能力。 除上述六個(gè)方面外，單片機(jī)的外圍電路的配套、器件的來源、軟件的支持等，也是設(shè)計(jì)人員必須考慮的因素。在工業(yè)控制系統(tǒng)中，對常規(guī)外圍設(shè)備一般要求不高。在多數(shù)情況下，只要考慮顯示和鍵盤及串行通信口即可。 8 位單片機(jī) STC89C52 本論文研究的基于 GSM 的溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用 8 位單片機(jī) —— STC89C52作為系統(tǒng)芯片。它使得整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本降低，降耗節(jié)能，而且測量精度也大大提高，滿足溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。 STC89C52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓、高性能 CMOS 8位微處理器。該器件采用 ATMEL 高密度非易失性存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。 STC89C52 主要功能 如表 21 所示。 8 表 21 STC89C52主要功能 主要功能特性 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 8K 可反復(fù)擦寫 Flash ROM 32 個(gè)雙向 I/O 口 256x8bit 內(nèi)部 RAM 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷 時(shí)鐘頻率 024MHz 2 個(gè)串行中斷 可編程 UART 串行通道 2 個(gè)外部中斷源 共 6 個(gè)中斷源 2 個(gè)讀寫中斷口線 3 級加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 STC89C52 引腳介紹 a）主電源引腳（ 2 根） VCC（ Pin40）：電源輸入，接 +5V 電源 GND（ Pin20）：接地線 b）外接晶振引腳（ 2根） XTAL1（ Pin19）：片內(nèi)振蕩電路的輸入端 XTAL2（ Pin18）：片內(nèi)振蕩電路的輸出端 c）控制引腳（ 4根） RST/VPP(Pin9):復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG(Pin30):地址鎖存允許信號 PSEN(Pin29):外部存儲(chǔ)器讀選信號 EA/VPP(Pin31):程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令。 d）可編程輸入 /輸出引腳（ 32根） STC89C52 單片機(jī)有 4組 8位的可編程 I/O 口，分別為 P0、 P P P3 口，每個(gè)口有 8位（ 8 根引腳），共 32 根。 P0口（ Pin39Pin32）： 8位雙向 I/O 口線，名稱為 P1口（ Pin1Pin8）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 P2口（ Pin21Pin28）： 8位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 9 P3口（ Pin10Pin17）： 8位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 數(shù)據(jù)通信模塊 GSM 模塊 MZ28[11] GSM 模塊是繼 GSM 手機(jī)外又一種非常重要的 GSM 移動(dòng)通信系統(tǒng)的終端設(shè)備。它是傳統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器與 GSM 無線移動(dòng)通信系統(tǒng)相結(jié)合的一種數(shù)據(jù)終端設(shè)備。它的出現(xiàn)給 GSM 的發(fā)展注入了新的活力，改變了傳統(tǒng)的以話音 為主的通信手段，打開了 GSM 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信及其應(yīng)用的大門。 本溫度監(jiān)測儀使用中興通訊推出的 GSM 無線雙頻調(diào)制解調(diào)器 MZ28，它主要為語音傳輸、短消息發(fā)送和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供無線接口。 MZ28 集成了完整的 GSM 電路和接口。圖 27為 MZ28 的功能框圖，主要的組成部分有 :GSM 基帶處理器 (包括模擬基帶和數(shù)字基帶 )、 GSM 射頻電路、存儲(chǔ)器、SIM 卡、電源和功率控制電路、系統(tǒng)連接器。通過 SMB插座可外接天線，通過系統(tǒng)連接器可連接外部電源、外接 SIM 卡、串行接口、音頻接口。在圖 27中，虛線內(nèi)部為 MZ28 主板的各個(gè)組成單元 ，虛線之外為外部接口。 MZ28 主板完成了 GSM的所有功能，此外主板還有兩個(gè)外部接口 :20 引腳的系統(tǒng)連接器和 SMB 插座。 系統(tǒng)連接器是 MZ28 與應(yīng)用系統(tǒng)的連接接口，主要提供外部電源、 RS232串口、外接 SIM 和音頻接口。 MZ28 系統(tǒng)連接器采用 20 腳的扁平插座，通過扁平電纜接至系統(tǒng)開發(fā)板或用戶的應(yīng)用系統(tǒng)中。 MZ28 可以作為無線引擎，嵌入到用戶自己的產(chǎn)品當(dāng)中，用戶可以用單片機(jī)或其他 CPU 的 UART 口，使用相應(yīng)的 AT 命令，對模塊進(jìn)行控制，達(dá)到使其產(chǎn)品可以輕松進(jìn)入 GSM 網(wǎng)絡(luò)的目的。 10 GSM 模塊接口電路 MZ28 使用外部直流電源供電，供電電壓范圍為 :。為保證模塊正常工作，直流電源應(yīng)有 2A的峰值電流輸出能力。要特別注意當(dāng)直流電壓低于 時(shí)會(huì)使模塊自動(dòng)關(guān)機(jī)。用戶在使用模塊時(shí)應(yīng)在靠近模塊電源的輸入端加一大的濾波電容，推薦 1000uF 以上，以保證模塊的供電電壓有較小的紋波。當(dāng)用戶在使用模塊的過程中，出現(xiàn)下列現(xiàn)象 :呼叫不成功，呼叫時(shí)自動(dòng)關(guān)機(jī)，不能讀取 SIM卡中的內(nèi)容，無法收到呼叫信號時(shí)，通常是由于供電電壓和供電電流偏小造成的，這是可適當(dāng)提高供電電壓和允許輸出的最大電流，使其達(dá)到模塊正常工作所需 要的額定值，以避免出現(xiàn)上述現(xiàn)象。 MZ28 模塊通過一個(gè) 20 腳的連接器提供同外部相連的接口，使用此接口可以同 PC 機(jī)進(jìn)行 RS232 通訊，完成程序下載和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等功能，并且完成對 MZ28的供電。下表中定義了接口引線的物理意義。 表 22 系統(tǒng)連接器引腳分配表 序號 名 稱 輸入 /輸出 描 述 1 VBAT 輸入 電源＋ 2 VBAT 輸入 電源＋ 3 VBAT 輸入 電源＋ 4 RESET 輸入 復(fù)位信號 11 5 LED2 輸出 服務(wù)指示燈驅(qū)動(dòng) 6 RING_EXT 輸出 振鈴信號 7 RTS_EXT 輸出 請求發(fā)送 8 RXD_EXT 輸入 串行數(shù)據(jù)接收端 9 TXD_EXT 輸出 串行數(shù)據(jù)發(fā)送端 10 AGND 地 模擬地 11 CTS_EXT 輸入 清除發(fā)送 12 VR2B_EXT 輸出 數(shù)字電源 VR2B，＋ 13 AUXI_EXT 輸入 音頻輔助通道輸入 14 AUXOP_EXT 輸出 音頻輔助通道輸出，負(fù)載阻抗要求為 32Ω 15 SIMCLK_EXT 輸出 SIM 卡接口－時(shí)鐘 16 SIMRST_EXT 輸出 SIM 卡接口－復(fù)位 17 SIMI/O_EXT 輸入 /輸出 SIM 卡接口－數(shù)據(jù) 18 GND 地 19 GND 地 20 GND 地 下面對各管腳的定義加以說明： （ 1）第 1， 2， 3和 18， 19， 20 引腳分別為電源 +和地，電源 +為 MZ28 模塊提供～ ，且應(yīng)有 2A 的峰值電流輸出能力。 （ 2）第 7， 8， 9， 11 引腳提供與外部串口的接口，工作電平為 TTL 電平，高電平 。如外接控制器為單片機(jī)，則該接口可直接與單片機(jī)對應(yīng)的管腳相連。如與 PC 機(jī)的串口相連則可使用電纜附件，經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后與 PC 機(jī)相連。 （ 3）第 10， 13， 14 引腳提供外部音頻接口，如使用數(shù)據(jù)板附件則可直接使用其提供的耳機(jī)插座，插入手機(jī)專用耳機(jī)后可實(shí)現(xiàn)語音通話功能。 （ 4）第 15， 16， 17 引腳提供外置 SIM 卡接口，用戶如在使用內(nèi)部 SIM 卡接口時(shí)感覺不方便，則可使用該接口，把 SIM 卡座放在模塊外的合適位置。 （ 5）第 12引腳 VR2B_EXT 輸出 電壓。 （ 6）第 4 引腳 RESET 用于給模塊復(fù)位。具體過程為：首先給模塊的電源端加上額定的直流電壓，然后用戶的外部電路給 RESET 引腳一個(gè) 3V 高電平信號，該信號必須維持 1 秒以上， MZ28 模塊開機(jī) 。開機(jī)后， RESET 引腳應(yīng)維持高電平。如果希望在開機(jī)后進(jìn)行復(fù)位，應(yīng)該先給 RESET 引腳一個(gè) 1秒鐘以上的低電平信號，然后再給一個(gè) 3V 高電平信號，該信號必須維持 1秒以上。也可以將 RESET 引腳和VBAT 引腳連接在一起，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。圖 29 是 MZ28 的開機(jī)時(shí)序圖。 12 （ 7）第 5引腳為模塊工作狀態(tài)指示燈的控制信號。 （ 8）第 6 引腳為來電或短信息到達(dá)時(shí)的硬件指示信號。當(dāng)有來電時(shí)，該引腳輸出如下波形：低電平持續(xù) 1 秒，高電平持續(xù) 4 秒。當(dāng)有短消息到達(dá)時(shí)，輸出如下波形：僅低電平持續(xù) 1 秒。圖 210是來電或短信息到達(dá)時(shí)的 硬件指示波形圖。 人機(jī)對話模塊 人機(jī)對話模塊是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中人機(jī)之間信息交流的主要通道，是為用戶對應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行有效干預(yù)（如啟動(dòng)、參數(shù)設(shè)置等）及了解應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)所設(shè)置的功能模塊之一。本課題研制的溫度監(jiān)測儀利用鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實(shí)現(xiàn)某種測量功能，同時(shí)，還通過液晶顯示將儀器測量的溫度數(shù)據(jù)及時(shí)顯示出來，以方便數(shù)據(jù)的分析、比較，且使儀器的操作更加方便直觀。 鍵盤接口電路 鍵盤是計(jì)算機(jī)不可缺少的輸入設(shè)備，是一組按鈕式開關(guān)的集合，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話的紐帶。在智能儀器中，常采用軟件來識別按鍵，所 以在鍵盤的設(shè)計(jì)中應(yīng)同時(shí)從硬件和軟件兩方面加以考慮。 本溫度監(jiān)測儀的鍵數(shù)較少，采用獨(dú)立連接式鍵盤組織，每個(gè)鍵相互獨(dú)立，各自接通一條輸入數(shù)據(jù)線，如圖 211 所示為鍵盤接口電路，在該電路中，按鍵輸入采用低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開時(shí)， I/O口線有確定的高電平。鍵盤接口電路是通過 STC89C52 芯片不斷檢