【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 比特組合，類(lèi)似于前面提到的起始位，用于通知接收方一個(gè)幀已經(jīng)到達(dá)，但它同時(shí)還能確保接收方的采樣速度和比特的到達(dá)速度保持一致，使收發(fā)雙方進(jìn)入同步。幀的最后一部分是一個(gè)幀結(jié)束標(biāo)記。與同步字符一樣，它也是一個(gè)獨(dú)特的比特串，類(lèi)似于前面提到的停止位，用于表示在下一幀開(kāi)始之前沒(méi)有別的即將到達(dá)的數(shù)據(jù)了[5]。綜上所述，我們可以歸結(jié)一下同步傳輸和異步傳輸?shù)膮^(qū)別，具體如下：1)異步傳輸是面向字符的傳輸，而同步傳輸是面向比特的傳輸。2)異步傳輸?shù)膯挝皇亲址絺鬏數(shù)膯挝皇菐?)異步傳輸通過(guò)字符起止的開(kāi)始和停止碼抓住再同步的機(jī)會(huì)，而同步傳輸則是以數(shù)據(jù)中抽取同步信息。4)異步傳輸對(duì)時(shí)序的要求較低，同步傳輸往往通過(guò)特定的時(shí)鐘線(xiàn)路協(xié)調(diào)時(shí)序。5)異步傳輸相對(duì)于同步傳輸效率較低?！〈型ㄐ殴ぷ髂Ｊ酵ㄟ^(guò)單線(xiàn)傳輸信息是串行數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)往往依賴(lài)于兩個(gè)站(點(diǎn)對(duì)點(diǎn))之間進(jìn)行傳送，依據(jù)數(shù)據(jù)流的方向，串行通信的工作模式可以分為3種：?jiǎn)喂ぁ腚p工、全雙工。1) 單工方式 數(shù)據(jù)傳送是單向的，稱(chēng)之為單工形式的顯著特點(diǎn)。在通信雙方的數(shù)據(jù)傳輸中，其中一方固定為發(fā)送端，另外一方則固定為接收端。由于使用一根數(shù)據(jù)線(xiàn)，所以數(shù)據(jù)信息只能沿一個(gè)方向傳送。單工形式常常用于只面向一個(gè)方向傳送數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。比如說(shuō)計(jì)算機(jī)與打印機(jī)之間的通信就能夠當(dāng)作單工形式，因?yàn)橹挥杏?jì)算機(jī)向打印機(jī)進(jìn)行傳送數(shù)據(jù)的通信，然而在相反的方向上不存在數(shù)據(jù)傳送。另外在某些通信信道中，也應(yīng)用串行通信工作模式，比如單工無(wú)線(xiàn)發(fā)送等。2) 半雙工方式 在半雙工通信方式中，通信雙方使用同一根傳輸線(xiàn)，這個(gè)數(shù)據(jù)線(xiàn)具有發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的功能，然而卻不能同步發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，也就是說(shuō)在某一時(shí)刻，其中的一方只能發(fā)送數(shù)據(jù)，而另一方只能接收數(shù)據(jù)。在半雙工形式下，并不是只能使用一條數(shù)據(jù)線(xiàn)，也可以使用兩條數(shù)據(jù)線(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送。每端需要有一個(gè)收/發(fā)切換電子開(kāi)關(guān)是進(jìn)行半雙工通信的關(guān)鍵，依靠切換電子開(kāi)關(guān)來(lái)控制數(shù)據(jù)的傳輸方向。由于存在切換，所以在通信過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)時(shí)延，以此造就低效的信息傳輸速率。比如說(shuō)像應(yīng)用單方向傳輸?shù)拇蛴C(jī)而言，采用半雙工方式就可以達(dá)到要求了，從而可以節(jié)省資源。3) 全雙工方式 在全雙工數(shù)據(jù)通信中，兩根傳輸線(xiàn)上存在可以由兩個(gè)不同的站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)，發(fā)送和接收可以同步進(jìn)行。全雙工方式具有信息傳輸效率較高的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樵跀?shù)據(jù)的傳送每一端都有發(fā)送器和接收器，并且使用兩條傳送線(xiàn)進(jìn)行通信，具體應(yīng)用可以在交互式應(yīng)用和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中使用?！∥帐中盘?hào)握手信號(hào)實(shí)質(zhì)上是一系列相互識(shí)別的控制信號(hào)，這行信號(hào)發(fā)生在兩臺(tái)計(jì)算機(jī)或其他設(shè)備之間進(jìn)行通信或傳遞，以此來(lái)控制傳送的數(shù)據(jù)。在雙方數(shù)據(jù)的通訊中，握手信號(hào)起到通知雙方互相通信的作用，發(fā)送方能夠告知接收方是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送，接收方通過(guò)握手信號(hào)通知發(fā)送方它是否已經(jīng)做好了接收信號(hào)的準(zhǔn)備。握手信號(hào)在通信過(guò)程中遵循統(tǒng)一協(xié)議。硬件握手指的是一種通過(guò)專(zhuān)用線(xiàn)而不是數(shù)據(jù)線(xiàn)進(jìn)行的信號(hào)交換，參與握手的設(shè)備表明已做好發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備。軟件握手由通過(guò)同樣的線(xiàn)路傳輸?shù)男盘?hào)組成，用于傳送數(shù)據(jù)，如用調(diào)制解調(diào)器通過(guò)電話(huà)線(xiàn)進(jìn)行通信[6]?！⊥ㄐ艆?shù)串行端口的通信方式是將字節(jié)拆分成一個(gè)接著一個(gè)的位再傳送出去，接到此電位信號(hào)的一方再將此一個(gè)一個(gè)的位組合成原來(lái)的字節(jié)，如此形成一個(gè)字節(jié)的完整傳送。在傳輸進(jìn)行的過(guò)程中，雙方明確傳送信息的具體方式，否則雙方就沒(méi)有一套共用的譯碼方式，從而無(wú)法了解對(duì)方所傳過(guò)來(lái)信息的意義。因此雙方為了進(jìn)行通信，必須遵守一定的通信規(guī)則，這個(gè)共同的規(guī)則就是通信端口的初始化。通信端口的初始化是對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸速度(波特率)，數(shù)據(jù)的傳送單位，起始位與停止位，校驗(yàn)位進(jìn)行的設(shè)置。波特率是指串行通信中每秒內(nèi)傳送二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，以bit/s(位/秒)為單位。它是衡量串行數(shù)據(jù)傳送速度快慢的關(guān)鍵參數(shù)。計(jì)算機(jī)通信過(guò)程中常用的波特率是：110，300，600，1200，2400，4800，9600，115200bps。在數(shù)據(jù)的傳送單位中，一般串行通信端口所傳送的數(shù)據(jù)是字符型。當(dāng)使用字符型編碼時(shí)，工業(yè)界常使用到的是ASCII字符碼，它使用了8位形成一個(gè)字符。不同的情形下(依照使用的協(xié)議)，會(huì)使用到不同的傳送單位。使用多少位合成一個(gè)字節(jié)必須先行確定。設(shè)置起始位和校驗(yàn)位是由于異步串行傳輸中并沒(méi)有使用同步脈沖作基準(zhǔn)，所以接收端完全不知道傳送端何時(shí)將進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送。發(fā)送端準(zhǔn)備要開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端會(huì)在所送出的字符前后分別加上高電位的起始位(邏輯0)及低電位的停止位(邏輯1)，它們分別是所謂的起始位和停止位。也就是說(shuō)，當(dāng)傳送端要開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)時(shí)，便將傳輸線(xiàn)上的電位由低電位提升至高電位；而當(dāng)傳輸結(jié)束后，再將電位降至低電位。接收端會(huì)因起始位的觸發(fā)(電壓由低電位升至高電位)而開(kāi)始接收數(shù)據(jù)，并且因?yàn)橥Ｖ刮坏耐ㄖ?電壓維持在低電位)而明確數(shù)據(jù)的字符信號(hào)已經(jīng)結(jié)束，當(dāng)加入了起始位及停止位才比較容易達(dá)到多字符的接收能力。起始位固定為1位，然而停止位可以有2位等多種選擇，具體設(shè)置方法要依據(jù)通信雙方協(xié)議即可。校驗(yàn)位是為了預(yù)防錯(cuò)誤的產(chǎn)生，才采取的校驗(yàn)位作為檢查的機(jī)制。設(shè)置校驗(yàn)位的作用是用來(lái)核對(duì)所傳送數(shù)據(jù)的是否正確的一種標(biāo)志，它可以分為奇校驗(yàn)和偶校驗(yàn)，分別是表示給定位數(shù)的二進(jìn)制數(shù)中1的個(gè)數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù)的二進(jìn)制數(shù)?！〈型ㄐ沤涌跇?biāo)準(zhǔn)RS23RS42RS48USB等接口在串行通信接口應(yīng)用的很廣泛。其中，RS23RS422和RS485標(biāo)準(zhǔn)僅僅是針對(duì)接口的電氣特性制定的規(guī)范，并沒(méi)有關(guān)系到接插件、電纜或者協(xié)議。USB是近些年來(lái)應(yīng)用較廣泛的接口，在高速數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域有著長(zhǎng)遠(yuǎn)的前途。由于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用了PC機(jī)上的RS232接口，所以?xún)H對(duì)此做出描述?！S232串行接口到目前為止，RS232是個(gè)人計(jì)算機(jī)與通信工業(yè)中常用的串行接口。對(duì)于RS232接口，人們習(xí)慣的稱(chēng)它為在低速率串行通信中，具有延長(zhǎng)通信距離優(yōu)點(diǎn)的單端標(biāo)準(zhǔn)。因此，RS232 應(yīng)用了稱(chēng)之為單端通信的非平衡傳輸方式。它有兩種結(jié)構(gòu)，一種是25針的，一種是9針的，引腳圖如圖31所示。圖 31 RS232C引腳圖 RS232CPin map　RS232電氣特性在發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)終端上： 3V～15V代表著邏輯1， +3～＋15V代表著邏輯0；在請(qǐng)求發(fā)送、允許發(fā)送、數(shù)據(jù)發(fā)送準(zhǔn)備好、數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好和數(shù)據(jù)載波檢出線(xiàn)等控制線(xiàn)上：+3V～+15V表示信號(hào)有效，3V～15V表示信號(hào)無(wú)效。RS232C標(biāo)準(zhǔn)很直觀(guān)的闡述了邏輯電平的內(nèi)涵。對(duì)于以上表述而言，也可以解釋為電路處于工作狀態(tài)時(shí)，傳輸電平應(yīng)位于177。(3～15)V之間。介于3～+3V 之間，低于15V或高于+15V的電壓對(duì)于電路來(lái)說(shuō)沒(méi)有任何作用。所以，電平在177。(3～15)V之間是有效的工作狀態(tài)?！S232接口引腳定義RS232C標(biāo)準(zhǔn)接口應(yīng)用最為廣泛的有8根，下面我們將一一介紹：數(shù)據(jù)發(fā)送準(zhǔn)備好(DSR)——用來(lái)表示當(dāng)DSR處于工作狀態(tài)下，調(diào)制解調(diào)器能夠應(yīng)用。數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好(DTR)——用來(lái)表示當(dāng)DTR處于工作狀態(tài)下，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送。當(dāng)電源一通電時(shí)，數(shù)據(jù)發(fā)送準(zhǔn)備好和數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好就會(huì)處于工作狀態(tài)。然而，進(jìn)行通信的關(guān)鍵是由控制信號(hào)決定的，這兩個(gè)信號(hào)準(zhǔn)備好僅僅代表器件自身有效，并不表明是否可以通信了。接下來(lái)將介紹控制信號(hào)的應(yīng)用。請(qǐng)求發(fā)送(RTS)——當(dāng)數(shù)據(jù)終端設(shè)備想要向通信設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)用到此信號(hào)。當(dāng)此信號(hào)有效時(shí)，RTS自身詢(xún)問(wèn)調(diào)制解調(diào)器是否需要發(fā)送數(shù)據(jù)[7]。允許發(fā)送(CTS)——此信號(hào)用以表示數(shù)據(jù)通信設(shè)備已經(jīng)做好接收來(lái)自終端設(shè)備的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，也可以表示為RTS的響應(yīng)信號(hào)。終端數(shù)據(jù)無(wú)誤的經(jīng)由調(diào)制解調(diào)器傳輸時(shí)，此信號(hào)處于有效狀態(tài)。在全雙工和半雙工系統(tǒng)中，請(qǐng)求發(fā)送和允許發(fā)送作為發(fā)送方式和接收方式之間的轉(zhuǎn)換。由于在全雙工系統(tǒng)中需要設(shè)置發(fā)送和接收通道，所以可以設(shè)置請(qǐng)求發(fā)送和允許發(fā)送為高電平。接收線(xiàn)信號(hào)檢出(RLSD)——此信號(hào)又稱(chēng)為數(shù)據(jù)載波檢出線(xiàn)。它用來(lái)表示，當(dāng)數(shù)據(jù)通信設(shè)備已經(jīng)成功的開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)終端設(shè)備也相應(yīng)的開(kāi)始接收數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)由一方到達(dá)另一方時(shí)，數(shù)據(jù)載波檢出線(xiàn)處于工作狀態(tài)。并且告知另一方準(zhǔn)備接收信號(hào)，經(jīng)過(guò)調(diào)制解調(diào)信號(hào)后，送到終端設(shè)備。發(fā)送數(shù)據(jù)(TxD)——當(dāng)數(shù)據(jù)終端做好接收準(zhǔn)備時(shí)，經(jīng)由此信號(hào)將數(shù)據(jù)傳到目的地。接收數(shù)據(jù)(RxD)——當(dāng)調(diào)制解調(diào)器做好準(zhǔn)備時(shí)，由目的地傳送到調(diào)制解調(diào)器?！〈型ㄐ沤涌陔娐窐?biāo)準(zhǔn)串行接口標(biāo)準(zhǔn)最終能夠達(dá)到DTE和DCE之間物理與電氣的要求，然而為了證明DTE 和DCE之間的數(shù)據(jù)通信，需要設(shè)置一系列的協(xié)議和規(guī)定。這些協(xié)議規(guī)定包括：收發(fā)雙方的同步方式、傳輸控制步驟、差錯(cuò)檢驗(yàn)方式、數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)傳輸速度、通信報(bào)文的格式及控制字符的定義。異步通信適配器是實(shí)現(xiàn)這些功能和協(xié)議的關(guān)鍵。當(dāng)CPU與外設(shè)進(jìn)行串行通信時(shí)，通常使用可編程的異步通信適配器(UART)實(shí)現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換。CPU要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，UART能把并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，并添上起始位、校驗(yàn)位、停止位，然后由發(fā)送數(shù)據(jù)線(xiàn)輸出。當(dāng)CPU接收數(shù)據(jù)時(shí)，UART從串行線(xiàn)上接收數(shù)據(jù)，去掉起始位、停止位，并檢驗(yàn)有無(wú)奇偶錯(cuò)誤和幀錯(cuò)誤，然后將串行數(shù)據(jù)變成并行數(shù)據(jù)，送給CPU。4　測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 測(cè)溫系統(tǒng)的下位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 下位機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件組成框圖本系統(tǒng)是由PC機(jī)，AVR單片機(jī)，溫度傳感器DS18B20構(gòu)成。此系統(tǒng)中應(yīng)用DS18B20 溫度傳感器，通過(guò)MAX232轉(zhuǎn)換電壓，最終在PC機(jī)上應(yīng)用編程軟件VB語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)溫度的顯示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如上圖41所示。圖41系統(tǒng)構(gòu)成圖 System constitutes map 單片機(jī)最小系統(tǒng)AVR單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖42所示。Atmega16支持多種時(shí)鐘源，包括外部晶體振蕩器、陶瓷振蕩器、外部RC振蕩器、內(nèi)部RC振蕩器和外部時(shí)鐘。可以通過(guò)芯片熔絲位CKSEL3:0選擇時(shí)鐘源。，其配置熔絲和加密位為EDFF[8]。復(fù)位是軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)總清除，同時(shí)復(fù)位系統(tǒng)寄存器。程序計(jì)數(shù)器PC也清除，程序從0x0000地址開(kāi)始執(zhí)行。ATmega16有5個(gè)復(fù)位源：1)上電復(fù)位：電源電壓低于上電復(fù)位門(mén)限VPOT時(shí)，MCU復(fù)位。2)外部復(fù)位：引腳RESET上的低電平持續(xù)時(shí)間大于最小脈沖寬度時(shí)MCU復(fù)位。3)看門(mén)狗復(fù)位：看門(mén)狗使能并且看門(mén)狗定時(shí)器溢出時(shí)發(fā)生復(fù)位。4)掉電檢測(cè)復(fù)位：掉電檢測(cè)復(fù)位功能使能，且電源電壓低于掉電檢測(cè)復(fù)位門(mén)限VBOT時(shí)MCU即復(fù)位。5)JTAG AVR復(fù)位：復(fù)位寄存器為1時(shí)MCU復(fù)位。本次設(shè)計(jì)采用外部手動(dòng)復(fù)位，手動(dòng)復(fù)位一般采用按鈕的方法使得AVR單片機(jī)復(fù)位。圖42 單片機(jī)最小系統(tǒng) Single chip microputer system 輸入通道設(shè)計(jì)DS18B20模塊總共就3個(gè)引腳，一個(gè)數(shù)據(jù)I/O，2個(gè)電源線(xiàn)。所以它在安裝和維護(hù)上十分的方便。為了使DS18B20的溫度轉(zhuǎn)換能夠精確的進(jìn)行，必須保證傳感器在整個(gè)轉(zhuǎn)換期間I/O線(xiàn)供電正常。由于傳感器的工作電流需要達(dá)到1mA，所以?xún)H靠5K上拉電阻提供電源其電流是達(dá)不到要求的。當(dāng)有多個(gè)DS18B20同時(shí)在同一根I/O線(xiàn)上進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換時(shí)，溫度轉(zhuǎn)換的精度問(wèn)題就變得更加尖銳。為了解決DS18B20在溫度轉(zhuǎn)換期間能夠有足夠的電流供應(yīng)，本設(shè)計(jì)電路直接給VDD引腳一個(gè)外部電源，這樣總線(xiàn)控制器在溫度轉(zhuǎn)換期間上不用總保持高電平，容許DS18B20在轉(zhuǎn)換期間可以在單線(xiàn)總線(xiàn)上進(jìn)行其他數(shù)據(jù)的交換，因此，它就可以?huà)於嗥腄S18B20傳感器。圖 43 單總線(xiàn)溫度檢測(cè)結(jié)構(gòu)圖 Single bus temperature detection diagram 輸出通道設(shè)計(jì)作為單片機(jī)的輸出控制，采用繼電器JRC21F自動(dòng)控制溫度的升降。當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定上限時(shí)繼電器1動(dòng)作，LED5閃爍亮，蜂鳴器急促報(bào)警。反之，繼電器2動(dòng)作，LED4長(zhǎng)亮，蜂鳴器長(zhǎng)鳴報(bào)警。圖 44 控制報(bào)警電路 Control and alarming circuit 人機(jī)交互模塊設(shè)計(jì)單片機(jī)處理好傳感器的數(shù)值后送LED顯示。其中共四位顯示，第一位顯示DS18B20的序號(hào)，其它三位為溫度值。由于本設(shè)計(jì)檢測(cè)環(huán)境固定，檢測(cè)溫度不能超過(guò)40℃，所以能夠顯示0℃~99℃。圖 45 顯示電路 Show circuit 通信模塊設(shè)計(jì)由于DS18B20采用的是TTL電平，而RS232串口線(xiàn)與PC機(jī)進(jìn)行通訊時(shí)使用的是 RS232電平，這就需要在兩種不同的電平之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。通過(guò)MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，就能由RS232串行通訊線(xiàn)把數(shù)據(jù)直接傳送給PC機(jī)。PC機(jī)的串行接口是一種外部總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)接口，它符合EIA RS232C規(guī)范。RS232C采用的是負(fù)邏輯，即邏輯“1”電平規(guī)定為：－5V至－15V之間；邏輯“0”電平規(guī)定為：＋5V至＋15V之間。而TTL電平的邏輯“1”和“0”則分別為2. 4V和0. 4V。因此RS232C總線(xiàn)與TTL電平之間連接時(shí)需外接電路實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。圖46給出了MAX232電平轉(zhuǎn)換的電路圖。圖 46 電平轉(zhuǎn)換電路 Level switching circuit 電源模塊設(shè)計(jì)~。本次設(shè)計(jì)的單片機(jī)時(shí)鐘信號(hào)來(lái)自?xún)?nèi)部，所以單片機(jī)電壓必須穩(wěn)定在正常范圍內(nèi)，否則就會(huì)時(shí)序紊亂。圖 47 電源電路 Power circuit 抗干擾措施形成干擾的基本要素有三個(gè)：1)干擾源，指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號(hào)，用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述如下：du/dt， di/dt大的地方就是干擾源。2)傳播路徑，指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。典型的干擾傳播路徑是通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)的傳導(dǎo)和空間的輻射。3)敏感器件，指容易被干擾的對(duì)象。如：A/D、D/A變換器，單片機(jī)，數(shù)字IC，弱信號(hào)放大器等?？垢蓴_設(shè)計(jì)的基本原則是：抑制干擾源，切斷干擾傳播路徑，提高敏感器件的抗干擾性能。本次設(shè)計(jì)的干擾源是電源和繼電器，為抑制干擾源在繼電器線(xiàn)圈一側(cè)增加續(xù)流二極管，消除斷開(kāi)線(xiàn)圈時(shí)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)干擾；～，以減小IC對(duì)電源的影響。注意高頻電容的布線(xiàn)，連線(xiàn)應(yīng)靠近電源端并盡量粗短，否則，等于增大了電容的等效串聯(lián)電阻，會(huì)影響濾波效果。其中單片機(jī)對(duì)電源噪聲很敏感, 給單