【文章內(nèi)容簡介】 后 DOUT 輸出為高電平作為轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志。這時可在 SCLK 端輸入一串脈沖將結(jié)果從 DOUT 端移出，讀入單片機(jī)中處理。數(shù)據(jù)讀取完成后將 置為高電平。要注意的是：在 置為低電平啟動 A/D 轉(zhuǎn)換后，檢測到 DOUT 有效（或者延時 以上），才能發(fā)SCLK 移位脈沖讀數(shù)據(jù)，SCLK 至少為 13 個 [9]。發(fā)完脈沖后應(yīng)將 置為高電平。７ 信號處理和顯示單元（1） 電路的設(shè)計(jì)圖 從機(jī)單片機(jī)部分原理圖信號處理及顯示單元采用 8051 單片機(jī)作為信息處理單元，它是從機(jī)的核心器件，對傳感器采集來的數(shù)字信號進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度信號，送液晶進(jìn)行顯示。而且從機(jī)能夠通過通訊電路將測量數(shù)據(jù)上傳，接收主機(jī)數(shù)據(jù)（包括系統(tǒng)時間信息、修正值和報(bào)警上下限）進(jìn)行自身信息設(shè)置。（2） 器件的介紹MCS51： MCS51 單片機(jī)是美國 INTE 公司于 1980 年推出的產(chǎn)品，與 MCS48 單片機(jī)相比，它的結(jié)構(gòu)更先進(jìn)，功能更強(qiáng)，在原來的基礎(chǔ)上增加了更多的電路單元和指令,指令數(shù)達(dá) 111 條，MCS51 單片機(jī)可以算是相當(dāng)成功的產(chǎn)品 [10]，一直到現(xiàn)在，MCS51 系列或其兼容的單片機(jī)仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品。MCS51 系列單片機(jī)主要包括 8038051 和 8751 等通用產(chǎn)品，其主要功能如下：8 位 CPU4kbytes 程序存儲器(ROM)128bytes 的數(shù)據(jù)存儲器(RAM)32 條 I/O 口線111 條指令，大部分為單字節(jié)指令21 個專用寄存器2 個可編程定時/計(jì)數(shù)器5 個中斷源，2 個優(yōu)先級一個全雙工串行通信口外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間為 64kB８外部程序存儲器尋址空間為 64kB邏輯操作位尋址功能雙列直插 40PinDIP 封裝 [11]單一+5V 電源供電MCS51 以其典型的結(jié)構(gòu)和完善的總線專用寄存器的集中管理，眾多的邏輯位操作功能及面向控制的豐富的指令系統(tǒng)，堪稱為一代“名機(jī)” ，為以后的其它單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。正因?yàn)槠鋬?yōu)越的性能和完善的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致后來的許多廠商多沿用或參考了其體系結(jié)構(gòu)，有許多世界大的電氣商豐富和發(fā)展了 MCS51 單片機(jī)，象 PHILIPS，Dallas，ATMEL 等著名的半導(dǎo)體公司都推出了兼容 MCS51的單片機(jī)產(chǎn)品，就連我國的臺灣 WINBOND 公司也發(fā)展了兼容 C51(人們習(xí)慣將MCS51 簡稱 C51,如果沒有特別聲明，二者同指 MCS51 系列單片機(jī))的單片品種。近年來 C51 獲得了飛速的發(fā)展，C51 的發(fā)源公司 INTEL 由于忙于開發(fā) PC 及高端微處理器而無精力繼續(xù)發(fā)展自己的單片機(jī)，而由其它廠商將其發(fā)展，最典型的是PHILIPS 和 ATML 公司，PHILIPS 公司主要是改善其性能，在原來的基礎(chǔ)上發(fā)展了高速 I/O 口， A/D 轉(zhuǎn)換器，PWM(脈寬調(diào)制)，WDT 等增強(qiáng)功能，并在低電壓微功耗，擴(kuò)展串行總線(I 2C)和控制網(wǎng)絡(luò)總線(CAN)等功能加以完善 [12]。a 輸 入 輸 出 口8051 有 4 組 8 位 I/O 口：P0、PP2 和 P3 口，PP2 和 P3 為準(zhǔn)雙向口，P0 口則為雙向三態(tài)輸入輸出口，下面我們分別介紹這幾個口線：P0 口和 P2 口：電路中包含一個數(shù)據(jù)輸出鎖存器和兩個三態(tài)數(shù)據(jù)輸入緩沖器，另外還有一個數(shù)據(jù)輸出的驅(qū)動和控制電路。這兩組口線用來作為 CPU 與外部數(shù)據(jù)存儲器、外部程序存儲器和 I/O 擴(kuò)展口，而不能象 PP3 直接用作輸出口。它們一起可以作為外部地址總線，P0 口身兼兩職，既可作為地址總線，也可作為數(shù)據(jù)總線。P2 口作為外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器的地址總線的高 8 位輸出口 AB8AB15， P0 口由 ALE 選通作為地址總線的低 8 位輸出口 AB0AB7。外部的程序存儲器由 PSEN 信號選通，數(shù)據(jù)存儲器則由 WR 和 RD 讀寫信號選通，因?yàn)?16=64k，所以 8051 最大可外接 64kB 的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。P1 口：P1 口為 8 位準(zhǔn)雙向口，每一位均可單獨(dú)定義為輸入或輸出口，當(dāng)作為輸入口時，1 寫入鎖存器，Q(非)=0，T2 截止，內(nèi)上拉電阻將電位拉至 1，此時該口輸出為 1，當(dāng) 0 寫入鎖存器，Q(非)=1,T2 導(dǎo)通，輸出則為 0。作為輸入口時，鎖存器置 1，Q( 非)=0，T2 截止，此時該位既可以把外部電路拉成低電平，也可由內(nèi)部上拉電阻拉成高電平，正因?yàn)檫@個原因，所以 P1 口常稱為準(zhǔn)雙向口。需要說明的是，作為輸入口使用時，有兩種情況，其一是：首先是讀鎖存器的內(nèi)容，９進(jìn)行處理后再寫到鎖存器中，這種操作即讀—修改—寫操作，象 JBC(邏輯判斷)、CPL(取反 )、INC(遞增) 、 DEC(遞減) 、ANL(與邏輯 )和 ORL(邏輯或)指令均屬于這類操作。其二是：讀 P1 口線狀態(tài)時，打開三態(tài)門 G2,將外部狀態(tài)讀入 CPU。b Mcs51 的 串 行 通 信 口MCS51 單片機(jī)內(nèi)部有一個全雙工的串行通信口，即串行接收和發(fā)送緩沖器（SBUF ） ，這兩個在物理上獨(dú)立的接收發(fā)送器，既可以接收數(shù)據(jù)也可以發(fā)送數(shù)據(jù)。但接收緩沖器只能讀出不能寫入，而發(fā)送緩沖器則只能寫入不能讀出，它們的地址為 99H。這個通信口既可以用于網(wǎng)絡(luò)通信，亦可實(shí)現(xiàn)串行異步通信，還可以構(gòu)成同步移位寄存器使用。如果在傳行口的輸入輸出引腳上加上電平轉(zhuǎn)換器，就可方便地構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的 RS232 接口 [13]。下面我們分別介紹。① 基本概念數(shù)據(jù)通信的傳輸方式有單工，半雙工，全雙工和多工方式。單工方式：數(shù)據(jù)僅按一個固定方向傳送。因而這種傳輸方式的用途有限，常用于串行口的打印數(shù)據(jù)傳輸與簡單系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)采集。半雙工方式：數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)雙向傳送，但不能同時進(jìn)行，實(shí)際的應(yīng)用采用某種協(xié)議實(shí)現(xiàn)收/發(fā)開關(guān)轉(zhuǎn)換。全雙工方式：允許雙方同時進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向傳送,但一般全雙工傳輸方式的線路和設(shè)備較復(fù)雜。多工方式：以上三種傳輸方式都是用同一線路傳輸一種頻率信號，為了充分地利用線路資源，可通過使用多路復(fù)用器或多路集線器，采用頻分，時分或碼分復(fù)用技術(shù)，即可實(shí)現(xiàn)在同一線路上資源共享功能，我們盛之為多工傳輸方式。串行數(shù)據(jù)通信兩種形式。異步通信在這種通信方式中，接收器和發(fā)送器有各自的時鐘，它們的工作是非同步的，異步通信用一幀來表示一個字符，其內(nèi)容如下：一個起始位，僅接著是若干個數(shù)據(jù)位。同步通信 同步通信格式中，發(fā)送器和接收器由同一個時鐘源控制，為了克服在異步通信中，每傳輸一幀字符都必須加上起始位和停止位，占用了傳輸時間，在要求傳送數(shù)據(jù)量較大的場合，速度就慢得多。同步傳輸方式去掉了這些起始位和停止位，只在傳輸數(shù)據(jù)塊時先送出一個同步頭（字符）標(biāo)志即可 [14]。 同步傳輸方式比異步傳輸方式速度快，這是它的優(yōu)勢。但同步傳輸方式也有其缺點(diǎn)，即它必須要用一個時鐘來協(xié)調(diào)收發(fā)器的工作，所以它的設(shè)備也較復(fù)雜。串行數(shù)據(jù)通信的傳輸速率。串行數(shù)據(jù)傳輸速率有兩個概念，即每秒轉(zhuǎn)送的位數(shù) bps（Bit per second）和１０每秒符號數(shù)—波特率（Band rate） ，在具有調(diào)制解調(diào)器的通信中，波特率與調(diào)制速率有關(guān)。② MCS51 的串行口和控制寄存器串行口控制寄存器MCS51 單片機(jī)串行口寄存器結(jié)構(gòu)如圖 所示。SBUF 為串行口的收發(fā)緩沖器，它是一個可尋址的專用寄存器，其中包含了接收器和發(fā)送器寄存器，可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信。但這兩個寄存器具有同一地址（99H ） 。MCS51 的串行數(shù)據(jù)傳輸很簡單，只要向發(fā)送緩沖器寫入數(shù)據(jù)即可發(fā)送數(shù)據(jù)。而從接收緩沖器讀出數(shù)據(jù)即可接收數(shù)據(jù) [15]。此外，接收緩沖器前還加上一級輸入移位寄存器，MCS51 這種結(jié)構(gòu)目的在于接收數(shù)據(jù)時避免發(fā)生數(shù)據(jù)幀重疊現(xiàn)象，以免出錯，部分文獻(xiàn)稱這種結(jié)構(gòu)為雙緩沖器結(jié)構(gòu)。而發(fā)送數(shù)據(jù)時就不需要這樣設(shè)置，因?yàn)榘l(fā)送時，CPU 是主動的，不可能出現(xiàn)這種現(xiàn)象。圖 Mcs51 串行口寄存器結(jié)構(gòu)串行通信控制寄存器SCON 控制寄存器是一個可尋址的專用寄存器，用于串行數(shù)據(jù)的通信控制，單元地址是 98H，其結(jié)構(gòu)格式如表 ：表 SCON 寄存器結(jié)構(gòu)D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0SCONSM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI位地址 9FH 9EH 8DH 9CH 9BH 9AH 99H 98H下面我們對各控制位功能介紹如下：a SM0、SM1：串行口工作方式控制位。SM0，SM1 工作方式00 方式 001 方式 110 方式 2１１11 方式 3b SM2：多機(jī)通信控制位。多機(jī)通信是工作于方式 2 和方式 3，SM2 位主要用于方式 2 和方式 3。接收狀態(tài)，當(dāng)串行口工作于方式 2 或 3，以及 SM2=1 時，只有當(dāng)接收到第 9 位數(shù)據(jù)（RB8）為 1 時，才把接收到的前 8 位數(shù)據(jù)送入 SBUF，且置位 RI 發(fā)出中斷申請，否則會將接受到的數(shù)據(jù)放棄 [16]。當(dāng) SM2=0 時，就不管第位數(shù)據(jù)是 0 還是 1，都難得數(shù)據(jù)送入 SBUF，并發(fā)出中斷申請。工作于方式 0 時，SM2 必須為 0。c REN：允許接收位。REN 用于控制數(shù)據(jù)接收的允許和禁止，REN=1 時，允許接收，REN=0 時，禁止接收。d TB8：發(fā)送接收數(shù)據(jù)位 8。在方式 2 和方式 3 中，TB8 是要發(fā)送的——即第 9 位數(shù)據(jù)位。在多機(jī)通信中同樣亦要傳輸這一位，并且它代表傳輸?shù)牡刂愤€是數(shù)據(jù)，TB8=0 為數(shù)據(jù)，TB8=1時為地址。e RB8：接收數(shù)據(jù)位 8。在方式 2 和方式 3 中，RB8 存放接收到的第 9 位數(shù)據(jù)，用以識別接收到的數(shù)據(jù)特征。f TI：發(fā)送中斷標(biāo)志位?？蓪ぶ窐?biāo)志位。方式 0 時，發(fā)送完第 8 位數(shù)據(jù)后，由硬件置位，其它方式下，在發(fā)送或停止位之前由硬件置位，因此，TI=1 表示幀發(fā)送結(jié)束，TI 可由軟件清“0”。g RI：接收中斷標(biāo)志位?？蓪ぶ窐?biāo)志位。接收完第 8 位數(shù)據(jù)后，該位由硬件置位，在其他工作方式下，該位由硬件置位，RI=1 表示幀接收完成。電源管理寄存器 PCONPCON 主要是為 CHMOS 型單片機(jī)的電源控制而設(shè)置的專用寄存器，單元地址是87H，其結(jié)構(gòu)格式如表 ：表 PCON 電源管理寄存器結(jié)構(gòu)PCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0位符號 SMOD GF1 GF0 PD IDL在 CHMOS 型單片機(jī)中，除 SMOD 位外，其他位均為虛設(shè)的， SMOD 是串行口波特率倍增位，當(dāng) SMOD=1 時，串行口波特率加倍。系統(tǒng)復(fù)位默認(rèn)為SMOD=0。１２中斷允許寄存器 IE[17]。ES 為串行中斷允許控制位，ES=1 允許串行中斷，ES=0，禁止串行中斷。表 IE 中斷允許控制寄存器結(jié)構(gòu)位符號 EA ES ET1 EX1 ET0 EX0位地址 AFH AEH ADH ACH ABH AAH A9H A8H 聲光報(bào)警部分溫度檢測系統(tǒng)多有聲光報(bào)警功能，當(dāng)檢測溫度超過上下限時，進(jìn)行聲光提示。本系統(tǒng)在從機(jī)和主機(jī)部分均設(shè)計(jì)了報(bào)警電路。各從機(jī)的報(bào)警上下限由主機(jī)預(yù)置，從機(jī)實(shí)時監(jiān)測的過程中，一旦發(fā)現(xiàn)檢測溫度值連續(xù)超出閾值范圍，便啟動自身報(bào)警電路，同時向主控機(jī)發(fā)送報(bào)警信號 [18]。報(bào)警電路原理如下所示：圖 聲光報(bào)警電路原理圖 通訊部分 電路設(shè)計(jì)由于單片機(jī)串行口輸出的是 TTL 電平，要想實(shí)現(xiàn)多機(jī)通訊，必須要將其轉(zhuǎn)換成常用的串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)接口電平，如 RS232 或 RS485。其中 RS232 適于短距離或帶調(diào)制解調(diào)器的通信場合，其邏輯電平與TTL、MOS 邏輯電平完全不同，需要用 MAX232 驅(qū)動芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。其主要缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸速率慢、傳送距離短（不超過 30m） ，抗干擾能力差，不能滿足題目的要求。RS485 標(biāo)準(zhǔn)接口為差分驅(qū)動結(jié)構(gòu)，它通過傳輸線驅(qū)動器把邏輯電平變換為電位差，完成信號的傳遞，具有傳輸速率快、傳送距離長（可傳 1200m） 、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，允許一對雙絞線上一個發(fā)送器驅(qū)動多個負(fù)載設(shè)備。所以系統(tǒng)使用 RS485 總線進(jìn)行傳輸，采用 SN75176 驅(qū)動芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。１３圖 　SN75176 芯片及其邏輯關(guān)系 多機(jī)系統(tǒng)多機(jī)系統(tǒng)是指由多臺計(jì)算機(jī)組成的系統(tǒng)。多機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有很多種