【文章內(nèi)容簡介】 MAX485RXD ATXD B DEREA 電平轉(zhuǎn)換電路BDB9圖36 MAX485與ATmega64單片機(jī)及PC機(jī)的連接圖，單片機(jī)的PD4口控制MAX485的DE和/RE端口，以實現(xiàn)接收和發(fā)送控制。當(dāng)PD4為0時，MAX485的接收器使能，驅(qū)動器被禁止；當(dāng)PD4為1時，MAX485的驅(qū)動器使能，接收器被禁止。RS422與RS232電平轉(zhuǎn)換接口使用MAX232和MAX485實現(xiàn)。接口電路見附錄C. 外存儲器擴(kuò)展 I2C總線簡介I2C（InterIntegrated Circuit）總線是一種Philips公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。I2C總線最大的優(yōu)點是其簡單性和有效性。由于接口直接在組件之上，因為I2C總線占用的空間小，減少了電路板的空間和芯片管腳的數(shù)量，降低了互聯(lián)成本?？偩€的長度可達(dá)25英尺，并且能夠以10Kbit/s的最大傳輸和時鐘頻率支持40個組件。I2C總線的另一個優(yōu)點是支持多主控（multimastering）,其中任何能夠進(jìn)行發(fā)送和接受的設(shè)備都可以成為主總線。一個主控能夠控制信號的傳輸和時鐘頻率。I2C總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘SCL構(gòu)成的數(shù)據(jù)串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進(jìn)行雙向傳輸，最高傳輸速率100Kbit/s。I2C總線在傳輸數(shù)據(jù)過程中共有3種類型信號，分別是：開始信號、結(jié)束信號和應(yīng)答信號。：SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳輸數(shù)據(jù)。：SCL為高電平時，SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳輸數(shù)據(jù)。：接收數(shù)據(jù)的IC在接收到8位數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的IC發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。CPU向受控單元發(fā)出一個信號后，等待受控單元發(fā)出一個應(yīng)答信號，CPU接收到應(yīng)答信號后，根據(jù)實際情況做出是否繼續(xù)傳遞信號的判斷，若未收到應(yīng)答信號，判斷為受控單元出現(xiàn)故障。 AT24C64簡介AT24C64是ATMEL公司的兩線制串行E2PROM芯片。共有64KB字節(jié)的存儲容量。具有結(jié)構(gòu)緊湊、存儲容量大等優(yōu)點。芯片與單片機(jī)之間使用I2C接口通信，接口電路簡單、操作方便，適合存儲單片機(jī)系統(tǒng)中一些重要的數(shù)據(jù)。AT24C64的管腳定義如表35：表35 AT24C64的管腳定義名稱管腳功能A0~A2地址輸入；SDA串行數(shù)據(jù)輸入/輸出SCL串行時鐘輸入WP寫保護(hù)VCC電源GND電源地圖37為AT24C64的8引腳PDIP封裝管腳圖： 圖37 AT24C64引腳圖 AT24C64與ATmega64單片機(jī)接口連接如圖38 所示為ATmega64與AT24C64的硬件連接圖。圖中AT24C64的地址A0~A2都設(shè)置為0，這樣AT24C64的器件寫地址為0xA0，器件讀地址為0xA1。AT24C64的串行時鐘線SCL與PD0相連，串行數(shù)據(jù)線SDA與PD1相連。按照I2C協(xié)議的接線要求，對SDA線接上拉電阻，保證其數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴D38 ATmega64與AT24C64硬件連接圖 溫濕度采集端設(shè)計本采集系統(tǒng)采用SHT75溫濕度傳感器。SHT75是瑞士Sensirion公司推出的基于CMOSens專利技術(shù)的新型溫濕度傳感器。該傳感器將COMS芯片技術(shù)與傳感器技術(shù)結(jié)合起來，發(fā)揮出強(qiáng)大的優(yōu)勢互補(bǔ)作用。芯片通過I2C接口與Atmega64單片機(jī)相連接。 SHT75的主要性能；；；；；，溫度值輸出分辨率為12位，可編程降至12位和8位；+%RH，溫度測量精度為+℃；；，保證100%的互換性；：~；SHT75的封裝形式為小體積4腳單線封裝，其引腳說明如表36表36 SHT75管腳定義引腳名稱功能1SCK串行時鐘輸入2VDD電源端：~3GND接地端4DATA雙向串行數(shù)據(jù)段 硬件設(shè)計如圖39所示為ATmega64與SHT75的硬件連接圖。圖中SHT75的串行時鐘輸入線SCK與PC3相連，串行數(shù)據(jù)線DATA與PC4相連，使PC3~PC4模擬I2C協(xié)議進(jìn)行通信。按照I2C協(xié)議的接線要求，對DATA線接上拉電阻，保證其數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴D39 ATmega64與SHT75硬件連接圖 壓力采集端設(shè)計 ATmega64單片機(jī)概述壓智能化、數(shù)字化和控制技術(shù)的發(fā)展，特別是智能化數(shù)字壓力傳感器的問世，促進(jìn)了數(shù)字壓力計的新發(fā)展，在國內(nèi)外市場上先后出現(xiàn)了各種高精度的手動或自動控制的數(shù)字壓力計。 數(shù)字壓力計是以壓力傳感器為感應(yīng)元件。當(dāng)壓力傳感器感受到外界被測壓力時，它會把力物理量轉(zhuǎn)化為模擬信號發(fā)送出去，當(dāng)模擬信號傳送到放大電路里會進(jìn)行濾波和信號放大，然后把該模擬信號傳送到A/D轉(zhuǎn)化電路里轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，傳送到單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算。派若斯（Paroscientific）公司的740和760系列數(shù)字式石英壓力計，由于其精度、穩(wěn)定性、可靠性等性能突出，在國際上被用作壓力傳遞標(biāo)準(zhǔn)。DH公司采用數(shù)字式石英壓力傳感器研制生產(chǎn)多量程（三量程或六量程）的手動或自動數(shù)字式壓力計。%，它包括非線性、遲滯、重復(fù)性誤差，穩(wěn)定性、溫度影響和檢定所用標(biāo)準(zhǔn)的誤差等，%/年。本系統(tǒng)所設(shè)計的數(shù)字壓力計主要是在野外測量氡時進(jìn)行壓力測量的，所以壓力傳感器的選取就必須考慮到土壤表層的一些情況：：土壤表面到地表以下10米左右深度的溫度最高在40～50℃，最低在30～20℃；，而在地表以下10米的壓力也不會超過2個大氣壓(1個大氣壓=)；，所以采用的壓力傳感器的精度應(yīng)該比較高；、液兩種形態(tài)的情況，因此在選擇壓力傳感器時也要考慮到傳感器的工作環(huán)境問題；。根據(jù)以上五點要求，總結(jié)出了要選用的傳感器所應(yīng)該具備的一些參數(shù)要求，如表37表37 傳感器特性工作溫度量程精度輸出信號適用環(huán)境功耗30~50℃0~%~%FSO電壓固體、液體低經(jīng)過反復(fù)比較，從候選的幾十種傳感器中篩選了中國大恒（集團(tuán)）有限公司銷售的26PC系列無放大帶溫補(bǔ)器的傳感器。 26PCB壓力傳感器簡介：? 供電電源：016VDC? 壓力量程：? 輸出信號：mV電壓信號? 工作溫度：40℃80℃? 溫度補(bǔ)償：26PC系列溫度補(bǔ)償050℃? 壓力形式：表壓(G)，差壓(D)，絕壓(A)? 線性遲滯：%：? 專利的導(dǎo)電密封彈性連接系統(tǒng)消除了傳統(tǒng)的導(dǎo)線粘結(jié)和帶狀連接? 專利的Snaptogether 結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了多樣化的測量孔形式? 最低價格的帶溫度補(bǔ)償和校整的小型封裝壓力傳感器? 不同的引腳可選（1x4 或2x2）? 可以測量負(fù)壓和正壓? 激光刻蝕電阻保證極好的器件一致性，芯片引腳如圖310所示。引腳1：電源（VDD）； 引腳2：輸出（+）；引腳3：輸出（）； 引腳4：接地（VDD）圖310 26PC引腳圖 鍵盤接口設(shè)計鍵盤是單片機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行人機(jī)對話的基本接口，是單片機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入的重要方式。鍵盤的接法靈活多樣，最簡單的方式為獨立式接法，即利用單片機(jī)讀取I/O口的電平高低來判斷是否有鍵按下。這里所說的按鍵采用金屬接觸方式，開關(guān)的原理是觸電導(dǎo)通或斷開，通常采用銅片彈簧作為彈性材料。在外型上有圓形、方形等形狀。圖311 鍵盤接口圖在本采集系統(tǒng)中，單片機(jī)3個I/O口外接3個按鍵，可以實現(xiàn)3個按鍵的輸入。獨立式按鍵的接法是在單片機(jī)的I/O口上接一個按鍵，每個按鍵對應(yīng)單片機(jī)的一個輸入端口，按鍵的另一端接電源或者數(shù)字地。為了保證電平的有效性，按照圖311的接線方式，對每一路的按鍵都需要加一個上拉電阻。ATmega64單片機(jī)的端口PB0，PB1，PB2分別連接按鍵KEY1~KEY3。 顯示接口設(shè)計 LCD1602簡介1602是典型的字符點陣LCD，可以顯示16位2行共32個字符。驅(qū)動電壓為+。背光燈有黃綠色、白色等。如圖312所示為1602引腳圖：312 1602引腳圖1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口。接口定義及功能如表38表38 1602引腳定義表引腳編號符 號含 義功 能1VSS接地電源地2VDD接電源電源正極3Vo液晶驅(qū)動電壓對比度調(diào)整端4RS寄存器選擇高電平：選擇數(shù)據(jù)寄存器低電平：選擇指令寄存器5R/W讀/寫信號高電平：讀低電平：寫6EN片選使能EN端電平下降沿觸發(fā)模塊工作7~14D0~D7雙向數(shù)據(jù)線傳輸數(shù)據(jù)15BLK背光燈引腳接陰極16BLA背光燈引腳接陽極1602的顯示原理是：在其內(nèi)部存儲器中保存字符圖形，通過控制器向1602寫入指定的顯示存儲地址，相應(yīng)地址對應(yīng)的字符即被顯示到液晶屏幕上。在1602內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）中已經(jīng)儲存了160個不同的點陣字符圖形。這些字符包括：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號和日文假名等。每個字符都有一個固定的代碼。 硬件設(shè)計1602與ATmega64單片機(jī)如圖313所示。1602的D0~D7與ATmega64單片機(jī)的端口A相連，控制端口RS、RS、EN分別與端口C的PC0、PCPC2相連。圖313 1602與單片機(jī)連接電路圖 本章小結(jié)本章詳細(xì)介紹了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各硬件模塊的設(shè)計思路及過程，包括單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計，其中電源電路采用LM7805CK穩(wěn)壓芯片，時鐘電路采用內(nèi)部時鐘，復(fù)位電路采用手動復(fù)位方式；數(shù)據(jù)采集模塊，其中溫濕度傳感器采用SHT75芯片，壓力傳感器采用26PCB壓力傳感器；系統(tǒng)輸入輸出模塊及系統(tǒng)與PC機(jī)通信模塊等相關(guān)模塊的各芯片電路連接。第4章 軟件設(shè)計 軟件總體設(shè)計框架系統(tǒng)啟動系統(tǒng)初始化是否接到采集命令？執(zhí)行采集命令進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理現(xiàn)場顯示并存儲數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)到上位機(jī)是否接到傳輸命令圖41 總體流程圖采集系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，用C語言編寫，總體設(shè)計流程圖如圖41所示：系統(tǒng)上電后首先進(jìn)行自檢，檢查各功能模塊電子器件是否正常工作，檢查完畢后進(jìn)行各功能模塊初始化，掃描鍵盤，當(dāng)有“按鍵1”按下時，系統(tǒng)可讀到PB0口為低電平，此時系統(tǒng)開始執(zhí)行測量數(shù)據(jù)的工作，將采集到的溫濕度及壓力儲存到特定寄存器，當(dāng)有“按鍵2”按下時，系統(tǒng)將儲存在寄存器中的溫濕度及壓力數(shù)據(jù)組送LCD顯示，同時將該組數(shù)據(jù)通過I2C總線傳送至片外E2PROM，當(dāng)“按鍵3”按下時，系統(tǒng)檢查是否與上位機(jī)已經(jīng)建立連接，若連接成功則通過RS232接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。系統(tǒng)主程序及頭文件“include”完整代碼見附錄D。 溫濕度及壓力數(shù)據(jù)采集模塊軟件設(shè)計SHT75傳感器共有5條用戶命令具體命令格式如表41所示： 表41 SHT75傳感器命令列表命令代碼功能測量溫度01111測量溫度測量濕度00101測量濕度讀狀態(tài)寄存器00111讀狀態(tài)寄存器的內(nèi)容寫狀態(tài)寄存器00110向狀態(tài)寄存器寫入命令軟啟動11110重啟芯片SHT75的具體命令順序如下：傳輸開始。，首先發(fā)出“傳輸開始”命令，命令包括SCK為高時，DATA由高電平變?yōu)榈碗娖?，并在下一個SCK為高時將DATA置為高。后一個命令順序包含3個地址位（目前只支持100創(chuàng)）和5個命令位，通過DATA引腳的ACK位處于低電位來表示SHT75正確收到命令。 如果與SHT75傳感器的通信中斷，下列信號順序會使串口復(fù)位，當(dāng)使DATA線處于高電平時，觸發(fā)SCK9次以上（含9次），并隨后發(fā)出一個“傳輸開始”命令。當(dāng)發(fā)出了溫濕度測量命令后，控制器需要等到測量完成，方可讀取結(jié)果。使用8/12/14位的分辨率測量分別需要大約11/55/210ms。為表明測量完成，SHT75會使數(shù)據(jù)線為低電平，此時控制器必須重新啟動SCK。然后傳送兩字節(jié)測量數(shù)據(jù)和一字節(jié)CRC校驗和?？刂破鞅仨毻ㄟ^使DATA為低來確認(rèn)每一字節(jié)，所有的矢量中從右算MSB（最高位）列于第一位。通信在確認(rèn)CRC數(shù)據(jù)位后停止。如果沒有用CRC8的校驗和，則控制器就會自動返回休眠模式。需要注意的是，℃，工作頻率不能大于15%（如：12位精確度時每秒最多進(jìn)行3次測量），即對SHT75的操作不能過于頻繁，如果傳感器本身溫度升高，將會使測量結(jié)果產(chǎn)生較大誤差。程序中，通過PCPC3模擬進(jìn)行I2C協(xié)議進(jìn)行通信。首先設(shè)置溫度啟動命令，等待轉(zhuǎn)換完成，然后讀取溫度測量值，并進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換。隨后設(shè)置濕度啟動命令，轉(zhuǎn)換完成后，進(jìn)行濕度變換和濕度的補(bǔ)償計算。設(shè)置SHT75為+5V電源下，14位精度的溫度測量和12位精度的濕度采集。程序清單見附錄2。壓力采集端采用26PCB壓力傳感，26PC壓力傳感器輸出的模擬信號可通過單片機(jī)的ADC接口直接輸入單片機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并進(jìn)行相應(yīng)的控制操作，溫濕度及壓力采集程序流程圖42所示系統(tǒng)啟動系統(tǒng)初始化啟動溫濕度及壓力采集是否接到采集命令？送顯示并存儲送顯示并存儲？圖42 采集程序流程圖 標(biāo)準(zhǔn)RS232及RS422接口擴(kuò)展軟件設(shè)計 RS232接口擴(kuò)展軟件設(shè)計在PC內(nèi)接有PC16550（和8250兼容）串行接口、EIATTL的電平轉(zhuǎn)換器和RS232C連接器，除鼠標(biāo)占用一個串行口以外，還留有兩個串行口給用戶，這就是COM1(地址3F8H～3FFH)和COM2(地址2F8H～2FFH)，通過這兩個口，可以連接Modem和電話線進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)，也可以連接其他的串行通訊設(shè)備，如單片機(jī)、仿真器等。由于單片機(jī)的串行發(fā)送和接收線TXD和RXD是TTL電平，而PC的COM1或COM2的RS232C連接器（D型9針插座）是EIA電平，因此單片機(jī)需加接MAX232芯片，通過串行電